Avancées technologiques en lixiviation en tas

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1 Avancées technologiques en lixiviation en tas François Geffroy Ingénieur R&D, Business Group Mines, AREVA Ecole des Mines de Paris, le 3 février 2012

2 L activité minière au sein du groupe AREVA Mines Conversion, Enrichissement et Combustible Réacteurs & Services Aval Energies Renouvelables Uranium Or M de chiffre d affaires (2010) (+29% / 2009) salariés (2010)* * Pour un effectif proportionnel au pourcentage de participation d AREVA dans les joint-ventures minières (activité Uranium et Or confondues). Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.2

3 Production et vente : chiffres-clés tonnes d uranium en 2011 Nos sites de production Canada: Kazakhstan: France*: 7 Niger: en ème producteur mondial * Usine de traitement des eaux ( site réaménagé) Somaïr 700 tu Imouraren 5000 tu Namibie Trekkopje 3000 tu Lixiviation en tas Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.3

4 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? Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.4

5 Essais colonnes et stalles Optimisation des conditions opératoires Colonnes Projet Imouraren (4m x 0,24m) Comparaison des performances à différentes échelles 80,00% ,00% ,00% 6000 Uranium recovery 50,00% 40,00% 30,00% Columns : U recovery Boxes : U recovery Columns : U concentration Boxes : U concentration [U] (mg/l) 20,00% ,00% ,00% 0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 time (hrs) Stalles Somaïr (3m x 3m x 6m) Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.5

6 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 Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.6

7 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 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 goutte à goutte (essais stalles Somaïr) Irrigation par sprinkler (Bessines) Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.7

8 Modélisation de la lixiviation en tas Enjeux Optimiser la production et les coûts Environ 45% de nos réserves sont concernées Objectifs 1 Comprendre la phénoménologie (écoulements, chimie, transport) à toutes les échelles 2 Prédire le rendement par des codes de calcul Optimiser les paramètres opératoires 3 Coupler essais et modèle pour réduire le nombre de tests colonnes et stalles Veille concurrentielle BHP > Rio Tinto ~ AREVA > Cameco Modélisation très avancée dans le cuivre Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.8

9 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 Column height Volumetric water content, θ Column diameter Modélisation du cas de SOMAIR dans un premier temps Extension à d autres cas (Imouraren, Trekkopje, ) Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.9

10 Principe du modèle Goutte-à-goutte Solution circulante Solution stagnante c i, θ f c i, s i, θ r.. Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.10

11 Etude des données colonnes Colonnes TAZA, campagnes 8, 9 & 10 90% 80% 70% 60% U extraction 50% 40% 30% 20% Phase de récupération de l uranium 9-1: Taza kg/t acid 10-4: Taza kg/t acid 9-2: Taza kg/t acid + plant eff 10-2: Taza kg/t acid 9-3: Taza kg/t acid + 2 kg/t NaClO3 10-1: Taza kg/t acid 8-4: Taza kg/t acid + 10 kg/t NH4NO3 8-2: Taza kg/t acid + plant eff 8-3: Taza kg/t acid 10% 10-5: Taza kg/t acid 8-1: Taza kg/t acid 0% 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 20 j. 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 Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.11

12 Tests d agglomération Objectif Connaitre l état initial avant irrigation Comprendre la chimie (cinétiques et équilibres) Mieux caractériser le minerai initial Protocole H 2 SO 4 (kg/t) 0, 10, 25, 40, 50 NaClO 3 (kg/t) 0, 2 Maturation (h) 1, 24, 48 Température ( C) Analyses chimiques poussées 50, 60 U, ph, Eh, Fe, métaux majeurs, minéralogie Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.12

13 Résultats principaux 90,00% U recovery 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% No chlorate - Curing 24h No chlorate - Curing 1h 2 kg/t chlorate - Curing 1h 2 kg/t chlorate - Curing 24h La majorité de l uranium est dissoute avant l irrigation La proportion d U dans le minerai est 45% U(VI) + 55% U(IV) Le temps de maturation a un effet bénéfique (action de l acide concentré sur le minerai). Surtout vrai à forte acidité. 0,00% 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) Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.13

14 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 Paramètres de transport Paramètres numériques Données de production Résultats des simulations Output Concentrations Output Concentration [g/l] mesuré calibré Time [days] Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.14

15 Collecte de données chimiques HYPOTHESES UO 3 /UO 2 = 45%/55% Fe 2 O 3 /FeO = 45%/55% Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.15

16 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 Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.16

17 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 Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.17

18 Calibration finale du modèle Concentration effluents, comparaison avec les données colonnes Output Concentrations Output Concentration [g/l] Output U(VI) Output Acid Input Acid U(VI) acid Time [days] Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.18

19 Résultats sous forme graphique Teneur en eau dans la colonne 0,225 0,215 0,205 0,195 0,185 0,175 Water Volume, θ [m³/m³] 0,165 0,155 Depth [m] 1, , ,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 Distance to Centre [m] 0,145 Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.19

20 Etudes de sensibilité Water Volume, θ [m³/m³] Depth [m] Distance to Centre [m] Répartition des flux Concentration en uranium Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.20

21 Conclusion Acquis Compétences en modélisation SOMAIR - optimisation de la production - suivi de la récupération Compréhension des phénomènes Meilleure conduite des opérations TREKKOPJE - module chimique à développer IMOURAREN - Similaire à Somaïr Retombées de ces avancées 1 ère estimation économique +30% Récupération d U Temps de rinçage -30% du tas 2 Nombre d essais colonnes Avancées lixiviation en tas La vision du mineur Mines de Paris, 3 février p.21