L'eau est une ressource vitale dont dépendent de nombreuses industries et qui doit être utilisée avec plus de parcimonie. Un exemple est l'enrichissement des minerais. Prenant comme exemple la matière première fluorite, des chercheurs de l'institut Helmholtz Freiberg pour la technologie des ressources (HIF) ont maintenant montré comment l'utilisation de l'eau peut être optimisée. Ils ont développé une nouvelle procédure qui étend la simulation du processus d'enrichissement. Il indique les circonstances dans lesquelles il est logique que l'eau soit recyclée sans encourir de pertes lors de l'enrichissement du minerai. La consommation d'eau douce peut ainsi être considérablement réduite. Cela profite non seulement à l'environnement, mais aussi aux sociétés minières, car il rend l'extraction des matières premières plus efficace. Les chercheurs ont présenté leur nouvelle procédure dans le Journal de gestion de l'environnement .

Trouvé dans les smartphones, voitures modernes, des unités photovoltaïques respectueuses du climat et utilisées dans de nombreuses autres industries, les matériaux de haute technologie sont devenus un élément indispensable de la technologie moderne. Bien que le recyclage puisse couvrir en partie la demande de matières premières, la plupart proviennent encore de l'exploitation minière. Les impacts environnementaux sont bien connus :utilisation des sols, la génération d'infrastructures de trafic supplémentaires et l'industrialisation de zones souvent reculées. L'exploitation minière nécessite également de grandes quantités d'eau et produit d'importants volumes d'eaux usées. Travaillant en partenariat avec des collègues en Finlande, une équipe de chercheurs de HIF dirigée par l'ingénieur procédés Bruno Michaux a développé une méthode pour rendre plus durable l'utilisation de l'eau dans le traitement des matières premières minérales. Prenant la fluorite minérale comme exemple, ils ont montré comment la consommation d'eau peut être considérablement réduite à l'aide de la simulation de processus.

La fluorite, également connue en minéralogie sous le nom de spath fluor et par son nom chimique de fluorure de calcium, est une matière première importante pour l'industrie. C'est utilisé, par exemple, dans la fonte du fer, dans l'extraction de l'aluminium et dans le secteur chimique comme matière première pour la production de fluor et d'acide fluorhydrique. Le produit le plus connu de la chimie du fluor est probablement le PTFE, un polymère fluoré qui est commercialisé sous forme de membrane sous les dénominations commerciales Teflon et Gore-Tex.

L'enrichissement du minerai en tant que consommateur d'eau

"L'extraction de la fluorine consomme beaucoup d'eau, " explique Bruno Michaux. " En fonction du climat local, mais plus encore sur la conception de l'usine d'enrichissement des minéraux, il peut aller jusqu'à 4, 000 litres par tonne de minerai." Il n'y a évidemment rien que les chercheurs du HIF puissent faire sur la météo, mais ils peuvent certainement contribuer à optimiser le traitement lui-même. Dans cette étape du processus, les stériles sont séparés du minerai extrait afin d'augmenter la teneur en fluorite de moins de 50 pour cent à environ 98 pour cent.

Pour y parvenir, les ingénieurs appliquent le procédé de flottation. En termes simples, il fonctionne comme suit :le minerai est broyé et mélangé avec beaucoup d'eau; puis divers produits chimiques sont ajoutés au mélange pour rendre la surface de fluorite hydrofuge (hydrophobe). De l'air est ensuite pompé dans ledit mélange, créant de petites bulles qui transportent les particules hydrophobes à la surface. La fluorine s'accumule ainsi dans la mousse résultante tandis que les stériles sont laissés sur place. Avant que ces derniers puissent être déposés sur un barrage de déchets ou retournés sous terre comme matériau de remplissage, une étape de déshydratation est nécessaire. Afin d'atteindre la concentration désirée de fluorine, la flottation est répétée plusieurs fois, ce qui nécessite par conséquent beaucoup d'eau.

« Les sociétés minières essaient de réduire leur consommation d'eau en l'utilisant plusieurs fois, " dit Michaux. " Cependant, l'eau utilisée contient des substances qui peuvent interférer avec les performances du processus, et c'est quelque chose à éviter." Des exemples de telles substances seraient les ions calcium et magnésium, qui entravent l'hydrophobisation de la surface de fluorite. La puissance de cet effet dépend de la concentration des ions. La nouvelle méthode prend désormais en compte l'influence de la composition chimique de l'eau sur la flottation. À la suite d'expériences approfondies en laboratoire avec un minerai de fluorine, les chercheurs ont obtenu des données reflétant l'interaction complexe des substances dissoutes et les ont intégrées dans le logiciel de simulation HSC Sim. HSC Sim est déjà utilisé dans l'industrie minière pour cartographier l'usine de traitement et pour contrôler le processus d'enrichissement des minéraux.

Suivi numérique des consommations d'eau et d'énergie

"Avec les fonctionnalités supplémentaires que nous avons développées, le logiciel est désormais capable de prendre en compte la composition de l'eau de process, " explique Michaux. " Cela permet de recycler l'eau sans compromettre l'efficacité du procédé. " La simulation permet également aux opérateurs d'optimiser l'utilisation des différents réservoirs d'eau à proximité de la mine tels que les lacs, rivières, aquifères ou la mer. D'autres étapes du processus, tels que le broyage et la déshydratation du minerai, doivent être intégrés à l'avenir. Dans un scénario idéal, la consommation d'eau pourrait alors tomber en dessous de 1, 000 litres par tonne de minerai.

L'équipe de recherche espère soumettre la nouvelle méthode à un test pratique dans une opération minière réelle très bientôt. « Comme cela nécessite un processus de traitement entièrement numérisé dans lequel des capteurs mesurent et signalent en continu les propriétés des flux au contrôle du processus, ce ne sont que les grandes mines qui se lanceront dans un tel investissement à ce stade précoce, " ajoute Michaux. " Le potentiel de la numérisation est, cependant, énorme :une surveillance en temps réel et une simulation de procédé vraiment intelligente permettent d'extraire plus de matières premières tout en utilisant moins d'énergie et moins de ressources naturelles. pour laquelle la méthode de simulation a été développée par l'équipe HIF.