Avancées technologiques en lixiviation en tas

Avancées technologiques en
lixiviation en tas
François Geffroy
Ingénieur R&D, Business Group Mines, AREVA
Ecole des Mines de Paris, le 3 février 2012
L’activité minière au sein du groupe
AREVA
Mines
Conversion,
Enrichissement et
Combustible
Réacteurs
& Services
Aval
Energies
Renouvelables
•Uranium
•Or
1 130 M€ de chiffre d’affaires (2010)
(+29% / 2009)
5 221 salariés (2010)*
* Pour un effectif proportionnel au pourcentage de participation d’AREVA dans les joint-ventures minières (activité Uranium et Or confondues).
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Production et vente :
chiffres-clés
9 132
Nos sites de production
Canada: 2 773
Kazakhstan: 3 354
France*: 7
tonnes d’uranium
en 2011
8 341 en 2010
Niger: 2 206
Namibie
* Usine de
traitement des eaux
( site réaménagé)
2ème producteur mondial
Somaïr
700 tU
Imouraren
5000 tU
Lixiviation en tas
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Trekkopje
3000 tU
Problématique de la lixiviation en tas
Préparation du minerai
 Maille de broyage ?
Agglomération
 Quantité d’eau ? Quantité d’acide ? Utilisation d’un liant ?
Mise en tas
 Dimensions du tas ? Densité recherchée ?
Lixiviation
 Méthode d’irrigation ? Débit ?
 Concentration d’acide ? Présence d’oxydant ?
 Gestion des impuretés (Mo, Zr, V)
 Temps de lixiviation, nombre de cycles ?
 Rendement recherché ? Consommation d’acide ?
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Essais colonnes et stalles
Colonnes Projet Imouraren (4m x 0,24m)
Optimisation des conditions
opératoires
80,00%
8000
70,00%
7000
60,00%
6000
Columns : U recovery
50,00%
5000
Boxes : U recovery
40,00%
4000
Columns : U concentration
30,00%
3000
Boxes : U concentration
20,00%
2000
10,00%
1000
0,00%
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
[U] (mg/L)
Uranium recovery
Comparaison des performances à
différentes échelles
80,0
0
90,0
time (hrs)
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Stalles Somaïr (3m x 3m x 6m)
Avancée technologique : l’agglomération
En quoi consiste l’agglomération ?
 Ajouter de petites quantités de liquide au
minerai sec afin de regrouper les fines
particules
Minerai aggloméré (essais stalles Somaïr)
Objectifs
 Evite les chemins préférentiels ou les
colmatages de tas (risque N°1 de la lixi en tas)
 Lixivie le minerai en milieu très concentré
 Rendement augmenté de 30 %
Tas noyé de minerai non aggloméré à Cominak
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Avancée technologique : l’irrigation
En quoi consiste l’irrigation par goutte à
goutte ?
 Arroser le minerai à faible débit en différents
points judicieusement disposés, afin de le
lixivier et le laver
Irrigation par goutte à goutte (essais stalles Somaïr)
Objectifs de l’irrigation par goutte à goutte
 Economise l’eau (évaporation réduite de 2% à
1%)
 Uniformise les débits d’irrigation
 Réduit l’impact environnemental lié à l’arrosage
par solutions acides et améliore la sécurité des
équipes d’exploitation
Irrigation par sprinkler (Bessines)
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Modélisation de la lixiviation en tas
Enjeux
Optimiser la production et les coûts
Environ 45% de nos réserves sont concernées
Objectifs
Veille
concurrentielle
1
Comprendre la phénoménologie (écoulements,
chimie, transport) à toutes les échelles
2
Prédire le rendement
par des codes de
calcul
3
Coupler essais et modèle pour réduire le nombre de
tests colonnes et stalles
Optimiser les
paramètres
opératoires
BHP > Rio Tinto ~ AREVA > Cameco
Modélisation très avancée dans le cuivre
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Cadre du projet
Moyens : Simuler le comportement du tas par un code de calcul
 Les phénomènes physico-chimiques significatifs sont modélisés (écoulements,
température, réactions chimiques…) de l’échelle du grain de minerai à l’échelle du tas
0.26
0.24
Column height
0.2
0.18
25
Column diameter
0.14
19
13
7
1
0.16
Modélisation du cas de SOMAIR dans un
premier temps
Extension à d’autres cas (Imouraren,
Trekkopje, …)
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Volumetric water content, θ
0.22
Principe du modèle
Goutte-à-goutte
Solution
circulante
Solution
stagnante
ci, θf
….
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c’i, si, θr
….
Etude des données colonnes
Colonnes TAZA, campagnes 8, 9 & 10
90%
80%
70%
U extraction
60%
50%
9-1: Taza 32.62 kg/t acid
10-4: Taza 43.30 kg/t acid
40%
9-2: Taza 21.16 kg/t acid + plant eff
Phase de
récupération de
l’uranium
30%
20%
10-2: Taza 32.81 kg/t acid
9-3: Taza 10.99 kg/t acid + 2 kg/t NaClO3
10-1: Taza 32.32 kg/t acid
8-4: Taza 11.12 kg/t acid + 10 kg/t NH4NO3
8-2: Taza 10.38 kg/t acid + plant eff
8-3: Taza 16.34 kg/t acid
10-5: Taza 20.69 kg/t acid
10%
8-1: Taza 10.46 kg/t acid
0%
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
20 j.
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
L/S (L/kg)
Quelles que soient les conditions, la lixiviation est terminée à L/S = 0,5 (20 j.)
Pentes initiales similaires  rinçage de la colonne
L’agglomération est une phase clé
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Tests d’agglomération
Objectif
 Connaitre l’état initial avant irrigation
 Comprendre la chimie (cinétiques et équilibres)
 Mieux caractériser le minerai initial
Protocole
H2SO4 (kg/t)
0, 10, 25, 40,
50
NaClO3 (kg/t)
0, 2
Maturation (h)
1, 24, 48
Température
(°C)
50, 60
Analyses
chimiques
poussées
U, pH, Eh, Fe,
métaux
majeurs,
minéralogie
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Résultats principaux
90,00%
80,00%
La majorité de l’uranium est
dissoute avant l’irrigation
70,00%
U recovery
60,00%
La proportion d’U dans le
minerai est 45% U(VI) + 55%
U(IV)
50,00%
40,00%
No chlorate - Curing 24h
Le temps de maturation a un
effet bénéfique (action de
l’acide concentré sur le
minerai). Surtout vrai à forte
acidité.
No chlorate - Curing 1h
30,00%
2 kg/t chlorate - Curing 1h
2 kg/t chlorate - Curing 24h
20,00%
10,00%
0,00%
0
10
20
30
40
50
60
Agglomeration H2S04 (kg/t)
Réponses apportées
A faible acidité l’oxydant n’agit pas sur l’U car il y a trop peu de fer en solution
A forte acidité, un plus long mûrissement est nécessaire pour dissoudre suffisament
de Fe(III)
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Données du modèle
3 types de données
DONNÉES D’ENTRÉE
PARAMÈTRES DU MODELE
DONNÉES DE SORTIE
•Géométrie du tas
•Composition du minerai
•Paramètres opératoires initiaux
•Variation des paramètres
opératoires
•Lois cinétiques
•Données de production
•Paramètres de transport
•Résultats des simulations
•Paramètres numériques
Output Concentrations
25
Output Concentration
[g/L]
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
Time
[days]
mesuré
calibré
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60
70
80
90
Collecte de données chimiques
HYPOTHESES
UO3/UO2 = 45%/55%
Fe2O3/FeO = 45%/55%
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Collecte de données hydrologiques
 Modèle d’écoulement non-saturé de
Van Genuchten connu
 Paramètres à déterminer et calibrer
 On mesure la réaction du minerai aux
variations de débit
 Etude de traceurs
 Permet une mise à l’échelle de la
colonne au tas
Colonne dédiée, équipée de
capteurs de pression capillaire
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Mise en évidence de la diffusion
Mise en évidence grâce au modèle
Modèle sans
diffusion
Colonne 10-5
Somaïr
La sortie d’Uranium est plus
lente quelque soient les
paramètres hydro
Mise en évidence du
phénomène de diffusion,
inhabituel en lixiviation en tas
Hypothèse renforcée par la
présence d’argiles et les
résultats d’agglomération
Possible sorption de U(VI) à
envisager
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Calibration finale du modèle
•Concentration effluents, comparaison avec les données colonnes
Output Concentrations
25
20
Output Concentration
[g/L]
15
Output U(VI)
Output Acid
Input Acid
U(VI)
acid
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
-5
Time
[days]
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70
80
90
Résultats sous forme graphique
Teneur en eau dans la colonne
0,225
0,215
0,205
0,185
0,175
0,165
0,14
0,13
0,12
0,11
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,02
0,01
0,01
0,02
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,11
0,12
0,13
0,14
0,145
2,586666667
Depth
[m]
1,293333333
0,155
Distance to Centre
[m]
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Water Volume, θ
[m³/m³]
0,195
Etudes de sensibilité
0.225
0.215
0.205
0.185
0.175
Water Volume, θ
[m³/m³]
0.195
0.165
0.155
0.5
0.44
0.38
0.31
0.25
0.19
0.06
0.06
0.13
0.19
0.25
0.31
0.38
0.5
0.13
0.145
3
0.44
Depth
[m]
Distance to Centre
[m]
Répartition des flux
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Concentration en uranium
Conclusion
Acquis
SOMAIR
- optimisation de la production
- suivi de la récupération
 Compétences en modélisation
 Compréhension des phénomènes
TREKKOPJE
IMOURAREN
- module chimique à
développer
- Similaire à Somaïr
 Meilleure conduite des opérations
Retombées de ces avancées
 1ère estimation économique
+30% Récupération d’U
Temps de rinçage
-30% du tas
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÷2
Nombre d’essais
colonnes