Préconcentration du Co et de l'As par des procédés minéralurgiques et l’agromine à partir de résidus miniers âgés : impact des contraintes physico-chimiques et minéralogiques

La demande croissante en métaux critiques et stratégiques (MCS) comme le Co, essentiel aux politiques énergétiques, nous encourage à explorer des sources secondaires de MCS, dont les résidus miniers. Leur valorisation représente une approche prometteuse, tant sur le plan économique (i.e. matériaux déjà excavés et broyés) qu’environnemental (i.e. diminution des charges de contaminants). Bien que les méthodes de traitement de minerai (i.e. séparation gravimétrique, flottation) soient connues, l’approche minéralurgique appliquée aux résidus âgés est peu explorée. Cette thèse vise à développer des approches méthodologiques afin d’étudier la faisabilité de procédés de préconcentration pour la récupération de MCS et la gestion des contaminants présents dans des résidus miniers âgés. Cette étude se concentre sur deux filières de retraitement de résidus miniers : i) une approche minéralurgique reposant sur la préconcentration des minéraux porteurs de Co et d’As (i.e. séparation gravimétrique, flottation) et ii) une approche d’agromine reposant sur l’utilisation de plantes hyperaccumulatrices pour préconcentrer le Co. Après une caractérisation des résidus miniers âgés, différents procédés minéralurgiques (i.e. séparateurs Knelson, Table Mozley, flottation en cellule Denver), précédés ou non de prétraitements (attrition, rebroyage, sonication) ont été testés. Des études de sorption sur minéraux purs (skuttérudite, érythrite, albite) ont permis de mieux comprendre l’adsorption des collecteurs (KAX, Florrea 8920) selon le pH et le vieillissement des surfaces. L’approche agromine a consisté à cultiver O. chalcidica (hyperaccumulatrice) et L. perenne (témoin) en conditions contrôlées, sur des résidus amendés enrichis ou non en fertilisants. Des tests de germination ont été réalisés en présence de solutions arséniées et d’eaux porales riches en As afin d’évaluer la phytotoxicité. Une expérimentation sur terreau enrichi en Co a permis d’analyser son effet sur la croissance végétale. Les résidus, très fins (D80 = 55 µm), contiennent 1 310 mg/kg de Co et 5 245 mg/kg d’As. Le Co et l’As sont portés par des phases altérées (safflorite, skuttérudite, cobaltite, érythrite), associées à des silicates. La flottation, notamment après sonication, a permis d’atteindre des teneurs de 0,26 % Co et 1,3 % As, comparables aux concentrés actuellement traités dans les fonderies (0,1-0,5 % Co). La combinaison KAX/Florrea 8920 a donné de bons rendements (70 % Co, 80 % As) à pH naturel. Les procédés gravimétriques ont permis d’obtenir des teneurs élevées (5,8 % Co, 37,8 % As), mais avec des récupérations < 10 %. Les tests de stabilité géochimique ont révélé que les concentrations en As dans les eaux dépassent les normes canadiennes (0,1 mg/L), avant et après traitement. L’analyse des interactions collecteurs-minéraux a montré une forte adsorption du KAX sur l’érythrite, renforcée par le CuSO₄, et une adsorption moins sélective du Florrea 8920. Les essais d’agromine ont mis en évidence l’influence des propriétés physico-chimiques du substrat sur le développement des plantes. L’ajout de compost a amélioré la structure, mais sa faible teneur en matière organique a limité son efficacité. La croissance des plantes, notamment d’O. chalcidica, est restée réduite, avec une mortalité différée coïncidant avec l’enracinement dans les résidus. Des tests de germination avec des eaux riches en As ont révélé une baisse des taux de germination, tandis que les essais sur terreau enrichi en Co ont confirmé un effet phytotoxique direct sur O. chalcidica. En conclusion, malgré leurs différences d’échelle et de mécanismes, les approches minéralurgique et d’agromine rencontrent les mêmes contraintes liées à la nature complexe des résidus miniers âgés : granulométrie fine, minéralogie altérée, teneurs élevées en contaminants, propriétés physiques extrêmes. L’optimisation des procédés reste indispensable pour surmonter ces défis et permettre une valorisation des résidus miniers.

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