Recyclage des résidus : un guide complet pour une exploitation minière durable

Les vastes bassins de résidus représentent un risque environnemental important et un risque potentiel pour la sécurité des opérations minières. Ils enferment des terres, de l'eau et des minéraux potentiellement précieux non récupérés, posant un défi de gestion à long terme.

Le recyclage des résidus miniers consiste à retraiter les déchets miniers afin de récupérer les minéraux résiduels de valeur et de transformer les matériaux en vrac en produits utilisables. Cette pratique transforme un passif environnemental en source potentielle de revenus, favorisant ainsi une exploitation minière durable.

Cette approche, souvent appelée récupération secondaire des ressources, est un élément clé de l'économie circulaire dans le secteur minier. Elle permet non seulement d'extraire de la valeur ajoutée, mais aussi de réduire l'empreinte environnementale à long terme d'une exploitation minière, répondant ainsi à des objectifs économiques et ESG (Environnementaux, Sociaux et de Gouvernance).

Quels métaux précieux sont « cachés » dans les résidus ?

Les anciens bassins de résidus sont souvent perçus comme des amas homogènes de déchets. Cette perspective occulte le fait qu'il s'agit de gisements complexes, créés par l'homme, aux compositions variées, reflétant des décennies d'exploitation minière et de traitement.

Les résidus peuvent contenir divers métaux précieux qui n'ont pas été récupérés efficacement lors du traitement initial. Il s'agit souvent de métaux précieux comme l'or et l'argent, de métaux de base comme le cuivre et l'étain, ainsi que d'autres minéraux devenus économiquement viables grâce aux nouvelles technologies.

Considérer un bassin de résidus comme un gisement primaire est la bonne approche. Il ne s'agit pas d'un amas uniforme, mais d'un gâteau géochimique stratifié, chaque couche possédant une minéralogie, une granulométrie et une teneur différentes.

Caractérisation d'un gisement de résidus

Une analyse approfondie est nécessaire pour comprendre le potentiel d'un parc à résidus miniers. Supposer une teneur « moyenne » à partir de quelques échantillons de surface est une erreur courante et coûteuse.

• Stratification géochimique : Les résidus se déposent en couches sur des années, voire des décennies. Les modifications du gisement initial, de la granulométrie ou du rendement de récupération créent des strates distinctes au sein du barrage. Les parois extérieures peuvent contenir des matériaux plus grossiers et de meilleure qualité, tandis que le centre peut être composé d'argiles fines et sans valeur.
• Échantillonnage complet : Une évaluation appropriée nécessite une campagne de forage dédiée, utilisant des méthodes telles que le forage sonique ou à la tarière pour collecter des échantillons de carottes de haut en bas sur l'ensemble du barrage.
• Modélisation par blocs : L'analyse de ces échantillons à intervalles réguliers permet de créer un modèle de bloc 3D. Ce modèle identifie visuellement les zones à haute et basse teneur, ainsi que les zones présentant des difficultés de traitement (comme une forte teneur en boues). Cela permet une exploitation sélective des seules parties économiquement viables du barrage, maximisant ainsi la rentabilité.

Quel équipement de base est nécessaire pour le retraitement des résidus ?

Le retraitement des résidus ne se résume pas à un simple passage dans l'usine d'origine. Ces matériaux possèdent des propriétés uniques qui nécessitent un schéma de traitement d'équipement spécialisé pour une gestion efficace.

L'équipement de base pour le retraitement des résidus comprend des pompes à boues pour l'exploitation minière hydraulique, Hydrocyclones pour le déshuilage, petit Broyeurs à billes pour le broyage, des équipements de séparation spécialisés comme Machines de flottation ou séparateurs par gravité et unités de déshydratation comme ÉPAISSISSEURS.

L’étape la plus critique de ce processus est l’élimination efficace des particules ultrafines d’argile et de silicate, appelées boues.

L'importance du désembuage

Les boues sont le principal ennemi du retraitement efficace des résidus et peuvent ruiner l’économie d’un projet si elles ne sont pas gérées correctement.

Pourquoi les slimes sont problématiques :

1. Consommation élevée de réactifs : Les boues ont une surface énorme qui consomme la majorité des réactifs de flottation ou de lixiviation coûteux, les gaspillant en argile sans valeur au lieu de minéraux précieux.
2. Efficacité de séparation réduite : Ils augmentent la viscosité de la boue, ce qui nuit aux performances des équipements de séparation par gravité tels que Goulottes en spirale et empêche les minéraux de se déposer correctement.
3. Défis de l’assèchement : Les matières visqueuses sont extrêmement difficiles à déshydrater, ce qui entraîne une mauvaise récupération de l’eau et des performances de filtration inefficaces.

Le circuit de déshydratation : La première étape après la mise en suspension des résidus doit être un circuit de déschlammage dédié. Ce circuit utilise généralement plusieurs étapes de Hydrocyclones Laver la charge et la séparer en deux flux : une sousverse de sable propre, acheminée vers l'usine de récupération, et une surverse de boues, acheminée directement vers l'élimination ou l'épaississement. Investir dans un circuit de déshuilage performant réduit considérablement les coûts d'exploitation et améliore la récupération globale.

Quelle est la nécessité du recyclage des résidus ?

Le stockage de grandes quantités de résidus miniers dans des barrages présente des risques à long terme. Ces installations nécessitent une gestion permanente et représentent une source potentielle de contamination environnementale et de défaillance catastrophique.

Le recyclage des résidus est nécessaire pour atténuer les risques environnementaux, garantir la sécurité des barrages et récupérer des ressources précieuses qui seraient autrement perdues. Il s'agit d'un élément fondamental de l'exploitation minière durable, transformant un passif à long terme en un actif productif.

Les motivations du retraitement des résidus sont à la fois environnementales et économiques. À mesure que les minerais primaires à haute teneur se raréfient, ces ressources secondaires deviennent de plus en plus attractives.

Principaux facteurs favorisant le recyclage des résidus

• Gestion environnementale et ESG : Les exploitations minières modernes subissent une forte pression pour améliorer leur performance environnementale. Le recyclage des résidus réduit l'empreinte des installations de stockage des déchets, minimise le risque de drainage rocheux acide et récupère l'eau pour la réutilisation dans l'usine. Cela répond directement aux critères ESG clés pour les investisseurs et les régulateurs.
• Sécurité des barrages à résidus : Les ruptures de digues à résidus miniers comptent parmi les accidents industriels les plus catastrophiques. Le retraitement et la déshydratation des résidus miniers pour créer des piles sèches ou leur utilisation comme remblai éliminent les risques associés aux grands barrages à boues conventionnels.
• Conservation des ressources: L'inefficacité des procédés de traitement utilisés par le passé explique que de nombreux barrages anciens contiennent des quantités importantes de minéraux précieux. Grâce aux progrès technologiques, il devient économiquement viable de récupérer ces métaux, prolongeant ainsi la durée de vie des mines et optimisant l'utilisation de la ressource d'origine.
• Remise en état des terres : Le retraitement d'un bassin de résidus est la première étape de la réhabilitation du terrain qu'il occupe. Une fois les matériaux retirés, la zone peut être réhabilitée et rendue à un état plus naturel ou utilisée à d'autres fins.

Quelles sont les applications des résidus recyclés ?

La récupération des métaux résiduels ne représente souvent qu'une partie de l'équation économique. La matière première des résidus, principalement du sable et des granulats fins, a une valeur significative si elle est traitée correctement.

Au-delà de la récupération des minéraux, les résidus recyclés sont principalement utilisés comme granulats de construction, sable manufacturé pour le béton et comme remblai en pâte pour les mines souterraines. Cela crée une source de revenus stable et importante, indépendante de la volatilité des prix des métaux.

Le passage du modèle économique de « l’extraction de métaux » à la « fabrication d’agrégats avec un crédit de métaux » réduit fondamentalement les risques d’un projet de résidus.

Diversifier les sources de revenus

Le produit principal de la plupart des projets de retraitement des résidus n’est pas du métal, mais des minéraux industriels.

• Le changement de modèle économique : Un projet justifié uniquement par la récupération de métaux de faible teneur est vulnérable aux fluctuations des prix des matières premières. Un modèle plus résilient privilégie la vente de sable et de granulats en vrac aux marchés locaux du bâtiment et du génie civil. Cela assure un revenu de base stable.
• Le Métal en Bonus : Le métal récupéré, qu'il s'agisse d'or, de cuivre ou d'étain, représente un avantage à forte marge, qui s'ajoute à l'activité granulaire à fort volume. Cette approche à double revenu renforce la rentabilité et la solidité de l'ensemble de l'entreprise.

Candidature	Description	Marché
Granulats de construction	Sable et gravier lavés et classés pour la construction et la base des routes.	Construction locale, projets d'infrastructure
Remblai de mine	Mélangé avec du ciment pour créer une pâte destinée à combler les vides souterrains.	L'exploitation minière elle-même
Fabrication de briques et de tuiles	Le matériau fin peut être utilisé comme composant dans la fabrication de briques et de céramiques.	Industrie des matériaux de construction
Récupération minérale	Extraction de métaux précieux résiduels comme l'or, le cuivre, le fer, etc.	Marchés mondiaux des matières premières

Quelles sont les méthodes de récupération des résidus ?

Le choix de la méthode de récupération dépend entièrement de la minéralogie des résidus et de leur historique chimique. Il ne s'agit pas simplement de roche broyée ; c'est le produit d'un processus chimique antérieur.

Les méthodes de récupération courantes comprennent la flottation pour récupérer les minéraux sulfurés, la séparation gravimétrique pour les minéraux denses et la lixiviation pour les métaux précieux comme l'or. Une étape préliminaire cruciale consiste à effectuer une analyse métallurgique pour neutraliser les réactifs résiduels du procédé initial.

Ces « fantômes chimiques » peuvent interférer avec les nouveaux processus de récupération, entraînant de mauvais résultats s’ils ne sont pas correctement compris et traités.

criminalistique métallurgique

Avant de concevoir une usine, des travaux de laboratoire détaillés sont essentiels pour comprendre les revêtements chimiques des particules minérales.

• Le problème des réactifs résiduels : Les anciennes usines de flottation utilisaient des collecteurs, des agents moussants et des dépresseurs. Ces produits chimiques restent à la surface des particules dans les résidus. Si un nouveau procédé de flottation est tenté, ces anciens réactifs peuvent empêcher les nouveaux de se fixer aux minéraux cibles, ce qui entraîne une très faible récupération. De même, le cyanure résiduel des anciennes usines d'or peut poser des problèmes environnementaux et de traitement.
• Développer une solution : Les essais métallurgiques doivent inclure des étapes de « décapage » ou d'attrition pour nettoyer la surface des particules. Les essais doivent comparer la réponse du matériau avec et sans ces étapes de nettoyage afin de quantifier l'impact des réactifs résiduels. La conception finale de l'usine peut nécessiter une étape de prétraitement spécifique pour neutraliser ces résidus chimiques avant le circuit de récupération principal. Cela garantit le fonctionnement optimal du nouveau procédé.

Combien de coûts peut-on économiser en utilisant les résidus pour le remblayage des mines ?

L'exploitation minière souterraine crée de vastes vides (chambres) qui doivent être comblés pour assurer la stabilité du sol. Ces matériaux de remblai représentent un coût d'exploitation majeur.

L'utilisation de résidus miniers pour la création de remblai en pâte permet à une mine de réaliser des économies substantielles en remplaçant deux composants coûteux : les granulats extraits de carrière et une grande partie du liant cimentaire. Cela peut réduire les coûts de matériaux de remblai de 50 à 70 %, voire plus.

Cette pratique, connue sous le nom de remblai en pâte, est un excellent exemple d’économie circulaire au sein d’une seule exploitation minière.

L'économie du remblai en pâte

Le remblai en pâte est un mélange artificiel de résidus, d’eau et d’un liant (généralement du ciment).

• Coûts de remblayage traditionnels : Historiquement, les mines utilisaient un mélange de roches extraites de carrière ou de sable mélangé à une forte proportion de ciment. Les coûts comprenaient l'extraction ou l'achat des granulats, leur transport souterrain et le coût élevé du liant cimentaire.
• Avantages du remblai en pâte :
  1. Élimine le coût global : Les résidus, déjà présents sur place et devant être éliminés, deviennent des granulats, éliminant ainsi les coûts d'extraction et de transport.
  2. Réduit l'utilisation de ciment : La fine granulométrie des résidus crée une pâte plus dense et moins perméable. Cela permet souvent de réduire considérablement la quantité de ciment coûteux nécessaire pour obtenir la résistance structurelle requise.
  3. Réduit la surface de stockage : Chaque tonne de résidus envoyée sous terre comme remblai représente une tonne de moins qui doit être stockée dans un barrage de résidus de surface, réduisant ainsi la responsabilité à long terme.

Une mine peut économiser des millions de dollars par an en remplaçant les granulats achetés et en réduisant la consommation de ciment grâce à la mise en œuvre d’un système de remblai en pâte.

Du déchargement humide à l’empilage à sec : comment réduire les risques et les coûts ?

Les digues à résidus conventionnelles, qui stockent les résidus sous forme de boues humides, représentent une source de risques importants et de coûts à long terme. La gestion de l'eau est complexe et le risque de rupture des digues est omniprésent.

Le passage à l'empilement à sec, où les résidus sont déshydratés et transformés en un « gâteau » solide avant d'être transportés et compactés, réduit considérablement les risques. Cette méthode récupère la majeure partie des eaux de traitement, crée un relief géotechniquement stable et minimise l'empreinte environnementale globale.

Cette approche déplace la gestion des résidus d’une responsabilité perpétuelle vers un projet de terrassement structuré.

Le processus et les avantages de l'empilage à sec

L’empilage à sec implique un processus de déshydratation mécanique pour éliminer la grande majorité de l’eau des boues de résidus.

• Technologie de déshydratation : Le processus comprend généralement deux étapes. Tout d'abord, une Concentrateur à haute efficacité (épaississeur) récupère une grande partie de l'eau. La boue épaissie est ensuite acheminée vers des filtres-presses, qui extraient l'eau restante pour produire un gâteau de filtration dont la consistance est similaire à celle d'un sol humide (généralement > 85 % de solides).
• Avantages clés:
  1. Récupération d'eau : Jusqu’à 95 % de l’eau de procédé peut être récupérée et recyclée directement vers l’usine, un avantage crucial dans les régions où l’eau est rare.
  2. Stabilité géotechnique : La cheminée sèche compactée constitue un relief stable, et non un barrage retenant le liquide. Cela élimine le risque de défaillance catastrophique de l'écoulement.
  3. Empreinte plus petite : Une installation de stockage à sec nécessite généralement une surface nettement inférieure à celle d’un barrage conventionnel pour stocker le même volume de résidus.
  4. Rééducation progressive : Les pentes de la cheminée sèche peuvent être progressivement récupérées au fur et à mesure de la construction de l'installation, réduisant ainsi les coûts de fermeture définitive.

Combien de temps faut-il pour qu’un investissement dans un projet d’utilisation des résidus soit rentable ?

Les investisseurs doivent connaître la viabilité financière d'un projet. Le retraitement des résidus miniers n'est pas une opération simple ; il nécessite des investissements importants et une planification opérationnelle rigoureuse.

Le retour sur investissement (ROI) d'un projet de gestion des résidus miniers varie généralement de 3 à 7 ans. Ce délai précis dépend fortement de la teneur des minéraux récupérables, de la valeur marchande des matériaux en vrac sous forme de granulats, des dépenses d'investissement et de l'efficacité opérationnelle.

Plusieurs facteurs influencent la rapidité de la période de récupération.

Facteurs affectant le retour sur investissement du projet

Un projet réussi équilibre les coûts d’investissement avec des flux de revenus solides et diversifiés.

• Coûts d'investissement (CAPEX) : Cela comprend l'achat et l'installation de tous les équipements de traitement, des pompes à boues aux filtres. La complexité du schéma de procédé requis est un facteur majeur de dépenses d'investissement.
• Coûts d'exploitation (OPEX) : Les principaux coûts d'exploitation comprennent l'énergie (notamment pour le rebroyage), les réactifs et la maintenance. Les résidus peuvent être plus abrasifs que le minerai primaire, car les minéraux plus tendres ont déjà été décomposés, laissant une forte concentration de silice dure. Il est donc nécessaire de prévoir des équipements robustes et résistants à l'usure afin d'éviter des coûts de maintenance élevés.
• Flux de revenus: La rentabilité du projet est déterminée par ses revenus.
  • Ventes de métaux : Les revenus provenant des minéraux récupérés sont importants mais peuvent être volatils.
  • Ventes globales : Un accord d’achat à long terme pour la vente de sable et d’agrégats traités fournit une base de revenus stable et prévisible qui améliore considérablement la résilience financière du projet.

Un projet avec à la fois une forte récupération de métal et un marché solide pour son produit agrégé bénéficiera du retour sur investissement le plus rapide et le plus fiable.

Conclusion

Le recyclage des résidus miniers transforme les déchets miniers, autrefois considérés comme un fardeau, en un atout précieux. Cette approche durable réduit les risques environnementaux, préserve les ressources et crée de nouvelles sources de revenus stables pour l'industrie minière.