Comment fonctionne un réservoir de lixiviation CIL ou CIP : six éléments qui déterminent la récupération de l'or

À l’intérieur d’un réservoir de lixiviation CIL : les six éléments qui déterminent le contact carbone-or

Un réservoir de lixiviation au charbon n’est pas un pot agité dans lequel on jette du carbone. Il s’agit d’un réacteur à chicanes, aéré et à rotation lente dans lequel trois événements doivent se produire simultanément dans le même mètre cube de pâte : le cyanure dissout l’or de la surface du minerai, l’oxygène dissous maintient cette dissolution en mouvement et le charbon actif adsorbe le complexe or-cyanure assez rapidement pour battre les minéraux de la gangue qui autrement le voleraient. Chaque détail mécanique à l’intérieur de la coque existe pour que ces trois événements se produisent ensemble, et chacun d’entre eux peut être la raison pour laquelle une plante manque son objectif de récupération.

La conséquence pratique est simple : un réservoir CIL est dimensionné par la chimie mais il tombe en panne par la mécanique. Lorsqu'une usine signale que le carbone « ne capte pas l'or », la cause profonde est plus souvent une zone de décantation, un tamis obstrué, un arbre plié ou une conduite d'air qui s'est discrètement bloquée qu'un défaut dans le minerai ou dans le dosage des réactifs.

Comment la pâte à papier voyage à travers un train-citerne CIL

La pâte entre dans le premier réservoir, cascade par gravité à travers la laverie dans le second et continue dans six à douze réservoirs en série. La rétention totale dans un circuit CIL se situe généralement entre 20 et 30 heures, ce qui équivaut à environ 3 à 5 heures par réservoir. La cascade fonctionne parce que les réservoirs reposent sur une fondation en gradins avec une chute libre de 300 à 500 mm entre les étages ; Si la chute est trop petite et que la pulpe remonte, si elle est trop grosse et vous aérez la lessive au lieu du réservoir.

La teneur en or en solution tombe abruptement le long du train, et la forme de cette chute vous indique si le circuit est sain. Un profil normal ressemble à ceci :

Si le réservoir 4 transporte toujours 3 mg/L alors que le réservoir 6 transporte 2,5 mg/L, la queue du train ne fait aucun travail et le circuit est en court-circuit. Ce schéma est presque toujours mécanique : des solides grossiers contournant un tamis, une zone morte sous un barboteur mal placé ou du carbone qui a cessé de se déplacer entre les étages.

Le carbone va dans l’autre sens. Du carbone frais ou régénéré est ajouté au dernier réservoir, des ponts aériens ou des transferts le déplacent d'un étage en amont toutes les 12 à 24 heures, et le carbone chargé est éliminé du premier réservoir à raison de 2 000 à 7 000 g/t avant de passer à l'élution. Étant donné que le carbone et la pâte se déplacent dans des directions opposées, le carbone rencontre toujours la solution la plus riche dans le réservoir où la teneur en or est la plus élevée, et la pâte fraîchement lessivée rencontre le carbone le plus propre dans le dernier réservoir. Cet arrangement à contre-courant est ce qui permet à un circuit bien géré de pousser la récupération au-delà de 92 à 95 pour cent sur le minerai d'oxyde broyé librement.

L’inventaire du carbone est tout aussi important que la qualité du carbone. Avec un taux typique de 10 à 25 g/L de pâte, un volume utile de 100 m³ contient de 1 à 2,5 tonnes de carbone par étape, donc un train de six réservoirs transporte de 8 à 15 tonnes. Perdre une demi-tonne par mois à cause des pannes de tamis et des dommages aux pompes représente un coût annuel à cinq chiffres qui n'apparaît jamais dans un rapport de récupération.

CIP et CIL : la même coque de réservoir, un travail différent

Dans un circuit CIP, la lixiviation est terminée avant l'arrivée du carbone. Quatre à huit réservoirs de lixiviation contenant du cyanure et de l'air effectuent la dissolution, et les réservoirs d'adsorption qui suivent contiennent du carbone et rien d'autre. Dans un circuit CIL, le carbone se trouve dans les réservoirs de lixiviation eux-mêmes, de sorte que la dissolution et l'adsorption sont en compétition pour les mêmes ions d'or dans le même récipient. Cette seule différence détermine presque toutes les décisions de conception ultérieures, du nombre de réservoirs à la consommation de carbone.

La comparaison ne porte pas sur quel processus est le meilleur dans l’abstrait. Il s’agit de la rapidité avec laquelle votre minerai libère de l’or et de l’agressivité avec laquelle votre gangue tente de le récupérer. Un minerai qui est lixivié en quatre heures gagne peu de CIL et le paie en attrition de carbone ; un minerai qui nécessite trente heures, ou un minerai contenant une matière carbonée qui adsorbe l'or de la solution, perdra plusieurs points de pourcentage de récupération dans un circuit CIP, quelle que soit la qualité du fonctionnement de la section d'adsorption.

Mélange, air et oxygène : les trois entrées qui déterminent la récupération

L'agitation doit cesser, pas seulement remuer

L'objectif classique est la vitesse juste en suspension, le régime de la turbine auquel aucune particule ne reste immobile au fond pendant plus d'une à deux secondes. Courez en dessous et des solides grossiers construisent un lit dans le cône, emportant avec eux de l'or et du carbone. Courez bien au-dessus et vous n'achetez rien, sauf la fatigue de l'arbre, une consommation de puissance plus élevée et plus d'attrition de carbone contre la roue et les déflecteurs. En pratique, la plupart des réservoirs CIL se situent à 1,1 à 1,3 fois la vitesse qui vient d'être suspendue, qui se situe entre 1 et 3 kW par m³ pour une pâte typique à 40 % de matières solides.

L'air est un réactif avec un débitmètre

La lixiviation du cyanure consomme de l'oxygène et le cyanure lui-même est oxydé en cyanate si les conditions dérivent. L'oxygène dissous mesuré à la sortie du réservoir doit rester supérieur à 5 mg/L, et la plupart des circuits bien gérés visent 6 à 8 mg/L. En dessous de 4 mg/L, la cinétique de lixiviation diminue fortement et le carbone attend simplement l'or qui n'est pas libéré. Le barbotage d'air élimine également le cyanure d'hydrogène si le pH baisse, de sorte que le contrôle du pH entre 10 et 11 avec de la chaux et une quantité adéquate d'oxygène est géré ensemble, jamais séparément.

Les chicanes et la position du sparger déterminent le modèle d'écoulement

Un barboteur placé directement sous la turbine donne une bonne dispersion du gaz mais un mauvais renouvellement de haut en bas. Un barboteur placé à l'intérieur d'un tube d'aspiration permet une forte circulation mais risque de bloquer le gaz si le débit d'air est trop élevé. L'agencement fiable pour un réservoir de charbon est un tube d'aspiration central avec le barboteur à l'intérieur, quatre déflecteurs sur le mur et un espace entre la turbine et le fond de 0,3 à 0,5 fois le diamètre de la turbine.

Dimensionnement du réservoir : densité de pulpe, temps de rétention et volume utile

Presque toutes les erreurs de dimensionnement dans un circuit de lixiviation sont dues au mélange du volume de boue et du tonnage de solides. Travaillez les nombres dans cet ordre et les dimensions du réservoir tombent avec peu de place à l'argumentation.

1. Prenons l'alimentation en matières sèches, par exemple 500 t/j.
2. Divisez par la fraction pondérale de solides, par exemple 40 pour cent, ce qui donne 1 250 t/j de lisier.
3. Divisez par la densité spécifique de la boue, généralement de 1,40 à 1,50 à cette densité, ce qui donne environ 860 m³/j de pâte.
4. Multiplier par le temps de rétention requis, par exemple 24 heures, ce qui donne 860 m³ de volume utile.
5. Divisez par le nombre d'étages, par exemple huit, ce qui donne environ 108 m³ par réservoir.
6. Ajoutez 10 à 15 pour cent de franc-bord au-dessus du niveau de la pulpe et du volume du cône en dessous.

Avec un rapport hauteur/diamètre de 1,2, ce volume utile de 108 m³ correspond à un réservoir d'environ 4,8 m de diamètre avec un côté droit de 5,8 m. Poussez le même devoir à 50 pour cent de solides et le volume de la boue diminue d'environ un cinquième, ce qui ressemble à une économie jusqu'à ce que vous découvriez que l'agitateur a maintenant besoin de beaucoup plus de couple et que le carbone a du mal à rester dispersé dans la pâte plus lourde.

Deux règles empiriques évitent les ennuis aux ingénieurs. Premièrement, ne concevez jamais la dernière étape pour moins de trois heures de rétention ; le réservoir final contient la teneur en or la plus basse et a besoin de temps pour atteindre la valeur finale. Deuxièmement, maintenez le rapport entre le diamètre du réservoir et le diamètre de la roue entre 2,5 et 3,5. En dehors de cette bande, soit la turbine est trop petite pour déplacer tout le volume, soit le réservoir est trop étroit pour développer une boucle de circulation stable.

Gestion du carbone à l'intérieur du réservoir

Le charbon actif est le consommable le plus cher du circuit et le plus facile à endommager. La qualité standard pour la récupération de l'or est le carbone de coquille de noix de coco au maillage 6 × 12, suffisamment dur pour survivre à des milliers de cycles de transfert et suffisamment rapide en cinétique pour être chargé en quelques heures. La concentration dans la pulpe se situe généralement entre 10 et 25 g/L. Des concentrations plus élevées raccourcissent le temps de chargement mais augmentent l'attrition, la charge de filtrage et la quantité de carbone circulant par élution.

Le chargement le long du train suit la même logique à contre-courant que le ténor de l’or, mais à l’envers :

Trois habitudes opérationnelles protègent ce profil. Avancez le carbone suffisamment souvent pour qu'aucun étage ne soit invité à charger plus d'environ 1 500 g/t par cycle. Gardez les tamis inter-étages suffisamment propres pour que la concentration de carbone conçue dans chaque réservoir soit réellement la concentration que vous mesurez. Et lavez le carbone avec de l'acide avant l'élution lorsque du calcium ou du tartre est présent, car une croûte de carbonate à la surface bloque les pores bien plus efficacement que le complexe d'or ne les remplit jamais. La régénération à 650 à 750 °C dans un four rotatif restaure la majeure partie de l'activité, et les installations qui suivent l'activité sous forme de nombre plutôt que de sensation gardent généralement le carbone en service pendant plusieurs années avant de le remplacer.

Référence des paramètres de fonctionnement pour les réservoirs CIL et CIP

Dépannage : huit défaillances observées dans de véritables réservoirs de lixiviation

• Ponçage dans le cône. Les solides grossiers se déposent parce que la vitesse de pointe a chuté après un réglage de la turbine ou parce que le barboteur a bloqué et tué le transport d'air. Vérifiez la consommation électrique par rapport à la référence de mise en service avant de toucher le mélange de minerai.
• Carbone au trop plein. Soit le tamis de rétention présente un trou, soit le niveau de pulpe dépasse le haut du tamis, soit le débit a dépassé la capacité du tamis. L'ouverture de l'écran n'est pas le problème dans la plupart des cas ; le niveau de pulpe est.
• Court-circuit. La pâte se déplace de l'entrée à la sortie plus rapidement que la rétention prévue parce que des déflecteurs sont manquants ou que l'entrée et la sortie sont trop proches. Un test de traceur règle la dispute en une après-midi.
• Encrassement du carbone. La capacité de chargement diminue même si du carbone frais est ajouté. Le carbonate de calcium, le gypse et l'huile provenant du circuit du broyeur bloquent tous les pores ; le lavage à l’acide et un contrôle plus strict du pétrole le résolvent.
• Manque d'oxygène au fond. Les trous de pulvérisation se bouchent avec du tartre parce que l'air n'est pas séché ou que l'anneau se trouve dans une zone à débit lent. L’oxygène dissous enregistré par étape expose cela bien avant que la récupération ne tombe.
• Excès de fines en carbone. L'attrition augmente lorsque la vitesse de pointe dépasse 5 m/s, lorsque le carbone est transféré via des pompes centrifuges au lieu de ponts aériens, ou lorsque le carbone est tout simplement trop mou pour cette tâche.
• Écran aveuglant. Les copeaux de bois, les fibres et le mica grossier fixent les ouvertures. Le lavage des écrans avec une conduite d'eau basse pression à chaque avance coûte quelques minutes et sauve l'étape.
• Vibrations et rupture d’arbre. Il s'agit généralement d'une accumulation de solides sur une aube de la turbine après un arrêt ou d'une vitesse critique atteinte lors du démarrage. Sauf l'arbre et la vérification du faux-rond à chaque reconstruction, on en empêche la majeure partie.

Deux d'entre eux méritent une mention spéciale pour les circuits en or. Sur le minerai prégnant, la moitié de la bataille consiste à mettre le carbone en contact avec l'or dissous avant la matière carbonée, de sorte que l'intensité du mélange et la concentration en carbone du premier réservoir comptent plus que tout ce qui se passe en aval. Lors de la rénovation et de l'agrandissement du concentrateur des Îles Salomon qui ont suivi la voie de mise à niveau de la récupération de l'or, le temps de rétention et la configuration des réservoirs ont été retravaillés plutôt que simplement mis à l'échelle, car l'ajout du volume du réservoir à un circuit en court-circuit multiplie les coûts sans multiplier la récupération.

Matériaux et détails mécaniques qui provoquent des temps d'arrêt

Le côté mouillé d’un réservoir de lixiviation vit dans une pâte chaude, alcaline, abrasive et contenant du chlorure, et cette combinaison élimine la plupart des raccourcis. Des coques en acier au carbone avec 3 à 6 mm de revêtement en caoutchouc ou un système époxy correctement appliqué gèrent la plupart des circuits en or. Lorsque les niveaux de chlorure sont élevés ou que le minerai est traité par lavages acides, l'inox 304 ou 316L devient l'option la moins chère sur un horizon de dix ans, même si la première facture est plus élevée.

La roue est le composant qui détermine le coût de maintenance. Les pièces moulées à haute teneur en chrome durent bien dans la pâte abrasive, l'acier recouvert de caoutchouc absorbe l'impact des matériaux indésirables et le 316L convient aux produits chimiques agressifs. L'arbre a besoin d'un manchon en caoutchouc ou en PEHD au niveau de la ligne de pâte, car c'est là que commence la fatigue par corrosion et où commencent la plupart des défaillances de l'arbre. Les boîtes de vitesses sont généralement dimensionnées pour le couple de démarrage avec un réservoir plein de solides décantés ; une boîte de vitesses choisie uniquement sur le couple de fonctionnement est une boîte de vitesses en attente de panne à la première coupure de courant.

Des détails qui paraissent mineurs sur le plan du dessin sur le terrain. Un robinet de vidange suffisamment grand pour vider le réservoir en un tour de main, un passage d'homme d'accès au-dessus de la conduite de pulpe, des oreilles de levage conçues pour l'ensemble de la turbine et une laverie avec un couvercle amovible pour qu'un tamis bloqué puisse être atteint sans échafaudage entrent tous dans cette catégorie. Les usines qui achètent uniquement sur la base du prix découvrent généralement ces détails lors du premier arrêt imprévu.

Que spécifier lors de la commande d'un réservoir de lixiviation ou d'adsorption

Une demande claire donne lieu à un devis utilisable. Les plus vagues obtiennent une coque de réservoir avec un agitateur deviné, et la supposition est toujours prudente, ce qui signifie cher.

1. Débit de matières sèches en tonnes par jour, ainsi que les valeurs de conception et maximales.
2. Densité spécifique des solides et plage de densité cible de la pâte en poids.
3. Temps de rétention requis par étape et nombre total d’étapes.
4. Distribution granulométrique, en particulier la taille supérieure et la fraction fine, qui déterminent la vitesse juste en suspension.
5. Plages de doses de cyanure et de chaux, fenêtre de pH et cible d'oxygène dissous.
6. Taille du carbone, concentration et charge attendue à l'élution.
7. Rapport chimique couvrant les chlorures, les sulfates et tout lavage acide prévu pour le circuit.
8. Contraintes d'aménagement : empreinte au sol disponible, hauteur libre, niveau de fondation et chute de cascade requise.
9. Tension et fréquence d'alimentation, ainsi que si un variateur de fréquence est prévu.
10. Conditions du site, y compris l'altitude, la température ambiante et la classification sismique.

Un élément est régulièrement oublié et régulièrement coûteux : la concentration en cyanure libre dans la pulpe. Cela modifie la sélection d’élastomères pour les doublures et les manchons, ainsi que la recommandation de qualité de carbone. Un autre aspect est la stratégie de maintenance envisagée. Une usine qui prévoit d'inspecter les turbines tous les six mois a besoin de passages d'homme plus grands et d'un meilleur accès qu'une usine qui prévoit de fonctionner pendant deux ans sans interruption.

Pour les circuits cuivre-or et polymétalliques, le bassin de lixiviation est rarement autonome. Le projet de pyrite de cuivre et d'or de l'Anhui est une référence utile car les étapes de lixiviation et d'adsorption ont dû être dimensionnées par rapport à un concentré de flottation plutôt que par rapport au minerai brut, et la rhéologie de la pulpe de ce concentré a davantage déterminé la sélection de la turbine que la teneur de la tête. Les acheteurs comparant les propositions doivent demander le calcul de mélange spécifique derrière chaque agitateur, et pas seulement la puissance nominale en kilowatts.

Mise en service du circuit : les trente premiers jours

La mise en service d’un train de lixiviation concerne principalement l’eau et les solides avant de concerner l’or. La séquence qui évite la plupart des dégâts précoces se déroule comme suit :

1. Effectuez un hydrotest de chaque coque et chaque linge avant de fermer toute doublure, puis revérifiez le couple de la bride après la première journée chaude.
2. Faites fonctionner chaque agitateur dans l’eau pendant quatre heures, en enregistrant les vibrations, la température des roulements et le courant du moteur au niveau de conception.
3. Vérifiez la distribution de l'air de pulvérisation en observant le schéma d'ébullition sur la surface du réservoir, et non en lisant le débitmètre.
4. Introduisez des solides à raison de 15 à 20 pour cent et augmentez jusqu'à la densité nominale sur plusieurs jours, en surveillant la pression du cône et le courant de la turbine.
5. Ajoutez du carbone uniquement une fois que la densité de la pâte est stable, puis vérifiez que les tamis le retiennent au débit de conception.
6. Établir tôt la routine d'échantillonnage : teneur de la solution et cyanure libre à chaque étape, oxygène dissous à chaque sortie, concentration en carbone dans chaque réservoir.
7. Enregistrer les chiffres de base en matière de vibrations et de puissance au débit de conception ; toute décision ultérieure en matière de pension alimentaire devrait être mesurée par rapport à cette référence.

L’erreur de mise en service la plus courante est de démarrer à pleine densité dès le premier jour. Les solides déposés lors d'un démarrage à froid peuvent bloquer une roue en quelques secondes, et les dommages à l'arbre qui en résultent retardent la montée en puissance de plusieurs semaines.

Questions que les acheteurs posent le plus souvent