En tant que plus grand exportateur de cuivre au monde, le Chili rencontre un nombre croissant de couches de minerai à base de soufre contenant de l'arsenic toxique dans ses mines de cuivre. Les stratégies classiques de séparation et d'enfouissement de l'arsenic s'avèrent limitées dans ce domaine. L'équipe de projet germano-chilienne, dirigée du côté allemand par l'Institut de recherche Fraunhofer pour le recyclage des matériaux et les stratégies de ressources IWKS, travaille à l'optimisation et à l'avancement des processus de production de cuivre afin que le Chili soit en mesure de résoudre le problème de l'arsenic de la manière la plus efficace, manière rentable et écologique d'aller de l'avant.

Le cuivre est un semi-métal avec de nombreuses propriétés utiles :C'est un conducteur d'électricité et de chaleur, avec une consistance molle et un aspect très distinctif. Il n'est donc pas surprenant qu'il existe une forte demande pour cette matière première, en particulier dans les domaines de l'électrotechnique, des technologies de communication, de la construction et de l'artisanat. Bien que le cuivre soit désormais facilement recyclable, la demande mondiale est en hausse, appelant ainsi à la poursuite de l'extraction du cuivre. Le Chili est le premier producteur et exportateur de cuivre au monde. Rien qu'en 2021, elle a extrait environ 5,6 millions de tonnes métriques de cuivre, ce qui équivaut à environ un quart du volume minier mondial. Cela fait de l'industrie du cuivre l'une des principales sources de revenus du pays.

Le cuivre au Chili est extrait dans des mines de cuivre à ciel ouvert dans le désert d'Atacama. Le minerai est dynamité ici à partir de trous d'un diamètre allant jusqu'à deux kilomètres. Ce minerai a une teneur en cuivre d'environ deux pour cent, qui est extrait en plusieurs étapes :le minerai est d'abord broyé puis soumis à une flottation, qui implique le moussage chimique humide du matériau, afin de séparer le minerai à haute teneur en cuivre du minerai minerai à faible teneur en cuivre. Il en résulte un concentré de cuivre, que le Chili vend également. Il contient environ 20 à 30 % de cuivre. Le concentré est ensuite fondu dans des hauts fourneaux et enfin purifié dans des procédés d'électrolyse électrochimique afin d'obtenir du cuivre pur.

L'arsenic pose de nouveaux défis

En plus du cuivre, les couches de minerai excavées contiennent souvent de l'arsenic qui, en raison de sa toxicité, doit être extrait du minerai. Cela se produit presque automatiquement lorsque le minerai est chauffé :l'arsenic se transforme en gaz. Au Chili, la procédure actuelle consiste à capter le gaz, à le dissoudre dans de l'acide sulfurique puis à le transformer en arséniate de calcium solide ou en arsénite de calcium dans un processus appelé précipitation. Ces composés de calcium sont ensuite déposés dans le désert d'Atacama. Auparavant, le fait que ces composés soient solubles dans l'eau ne posait jamais de problème puisque le désert d'Atacama est l'une des régions les plus sèches du monde. Cependant, le changement climatique a entraîné une augmentation des précipitations ces dernières années, ce qui pose désormais la question de la contamination de l'environnement. Parallèlement, certaines mines pénètrent dans des couches qui ne sont plus à base d'oxygène mais à base de soufre et contiennent donc plus d'arsenic. En conséquence, la quantité d'arsenic à déposer augmentera à l'avenir, d'autant plus qu'il n'existe actuellement aucune utilisation industrielle de l'arsenic.

Plusieurs approches, un seul objectif

« Ces deux développements obligent maintenant les exploitants miniers chiliens à repenser la manière dont ils éliminaient auparavant l'arsenic et à s'adapter sans délai à ces nouvelles circonstances », explique Anna-Lisa Bachmann, qui travaille à l'Institut de recherche Fraunhofer pour le recyclage des matériaux et les stratégies de ressources IWKS. à Alzenau et coordonne le projet "ReAK—Réduction de l'arsenic dans les concentrés de cuivre". "Nous étudions de nouvelles façons de séparer et de déposer l'arsenic dans le cadre de ce projet afin que l'impact environnemental soit minimisé au maximum", explique le chercheur. Fraunhofer IWKS a lancé un premier projet en 2018, qui a réuni un consortium de nombreux partenaires allemands et chiliens issus à la fois de la recherche et de l'industrie. Le projet a officiellement débuté en septembre 2019 avec un financement du ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche.

Depuis lors, plusieurs étapes de processus potentielles différentes ont été étudiées plus en détail, en commençant par le traitement ultérieur du concentré de cuivre riche en arsenic. "Nous testons une gamme d'options possibles, dans le but d'identifier les modules individuels les plus efficaces et la séquence d'étapes la plus réussie", décrit Bachmann. Le consortium explore un certain nombre de processus, y compris la flottation sélective à l'arsenic, le grillage par sulfatation et la lixiviation microbienne et sulfurique.

Des processus d'oxydation alternatifs conduisant à des composés d'arsenic5+ plus stables et moins toxiques au lieu de composés d'arsenic3+ instables et solubles dans l'eau sont également envisagés. "Une option pour cette étape d'oxydation pourrait être l'utilisation de peroxyde d'hydrogène, mais cela coûte très cher", explique Bachmann. "C'est pourquoi, chez Fraunhofer IWKS, nous étudions l'oxydation électrochimique avec des électrodes en diamant comme alternative viable dans le cadre de ce projet. Elles présentent une fenêtre électrochimique particulièrement large, entraînant la formation de radicaux hydroxyles dans les solutions aqueuses. Ceux-ci oxydent ensuite les électrodes dissoutes. l'arsenic de manière efficace et fiable sans avoir besoin de produits chimiques supplémentaires." D'autres partenaires du projet évaluent également les processus d'oxydation assistée par les UV et l'ozone ainsi que les processus d'oxydation microbienne.

Recommandations d'action personnalisées

La première étape de tous les modules de travail consiste à tester si la méthode en question fonctionne réellement et si elle donne le résultat souhaité. Dès que tous les résultats individuels seront disponibles, Fraunhofer IWKS comparera leur rentabilité et leur impact environnemental dans le cadre de l'évaluation du cycle de vie et des analyses des coûts du cycle de vie.

"Nous allons l'utiliser pour développer un nouveau concept de décharge qui proposera des actions recommandées au gouvernement chilien, en tenant compte à la fois des exigences gouvernementales et des ressources financières disponibles", conclut Bachmann. Cela est particulièrement pertinent étant donné qu'une grande partie de l'industrie chilienne du cuivre, y compris l'une des mines participant au projet, appartient à l'État.

Un certain nombre de ces tests sont déjà terminés et d'autres devraient l'être prochainement. Alors que les livraisons réciproques d'échantillons et les réunions en personne ont été retardées en raison de la pandémie de Corona, Anna-Lisa Bachmann reste convaincue que tous les partenaires auront développé conjointement une stratégie prometteuse d'ici l'été 2023, aidant considérablement l'industrie chilienne du cuivre. + Explorer plus loin

De l'arsenic provenant de mines chiliennes découvert en Antarctique