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L’industrie minière et Objectif du Zéro liquide Décharge
Est-il aujourd’hui possible d’aller vers une exploitation minière avec un minimum d’eau
L’industrie minière utilise de grandes quantités d’eau pour le transport et le traitement du minerai. Cette eau provient soit des forages et le pompage des eaux souterraines ou acheminés via des canalisations depuis des bassins de rétention ou des barrages. L’élévation de la production va de pair avec la consommation d’eau, engendrant des conséquences parfois négatives sur les réserves d’eau d’une part et sa qualité d’autre part.
Le contrôle de la qualité de l’eau est déterminant sur les sites miniers, comme intrant faisant partie du process ou comme rejet, des exigences strictes gouvernent son traitement aussi bien en amont qu’en aval lors des rejets.
L’un des éléments clé garantissant l’approvisionnement en eau est la mise en place d’un système de recyclage avec option zéro décharge afin d’assurer de meilleures performances de productivité et être en parfaite harmonie avec les concepts de l’économie circulaire. Les bénéficies seront alors énormes pour l’environnement et pour la préservation de la ressource hydrique.
Un tel système peut favoriser la diminution des volumes des rejets liquides, minimiser les infiltrations dans le sol, réduire le drainage des substances toxiques vers les sites sensibles et maintenir les paramètres des process relativement constants. Ceci peut être résumé en quelques points :
- Traitement du drainage minier acide, des lixiviats, des eaux résiduelles ainsi que les eaux du procédé humide d’extraction pour la réutilisation dans le circuit ou l’élimination conformément aux normes de protection de l’environnement
- Traitement des eaux souterraines parfois salées pour une utilisation sur site après déminéralisation par procédés propres
- Traitement des stériles ou des résidus dans l’objectif de récupérer des métaux précieux
- Élimination et/ou récupération sélective de nombreux contaminants miniers mais à valeur ajoutée dans d’autres industries
Par ailleurs, les seuls résidus solides subsistant aux nombreux traitements de valorisation pourraient servir après transformation en ciment géopolymère pour des utilisations importantes telles que le remblayage et le revêtement.
C’est dans ce cadre global que les activités du cycle de vie de l’exploitation minière peuvent inclure les étapes suivantes où l’aspect environnemental doit accompagner en plus de la gestion de la ressource hydrique tout le processus :
- Prospection et exploration afin d’identifier le potentiel économique du gisement minéral ;
- Évaluation de l’extraction économique dans le temps et suivant l’évolution des conditions du marché du gisement minéral ;
- Conception, planification et construction du site minier comprenant l’extraction, le chargement, l’usine de traitement et les infrastructures associées telles que les routes, l’énergie, le transport et l’eau ;
- Enlèvement des terrains inertes et aménagement des accès au minerai ;
- Extraction du minerai ;
- Chargement du minerai de la mine à l’usine d’enrichissement ;
- Enrichissement et traitement du minerai pour produire un produit commercial
- Traitement et élimination des déchets solides et liquides ;
- Fermeture de l’exploitation minière après épuisement de la réserve de minerai
- Réhabilitation du site et plantation de verdures
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Cas des phosphates
En 2018, la production mondiale de phosphate a atteint les 270 millions de tonnes par an, dont 1,3 millions et jusqu’à 2 millions en Algérie. Les réserves algériennes en phosphates sont estimées à 2,2 milliards de tonnes.
Les matières à base de phosphore sont principalement utilisées dans les engrais mais aussi, les détergents, les aliments et les boissons. Le phosphore élémentaire est utilisé comme élément de base pour produire un large éventail de produits chimiques à base du même élément.
Essentiellement, les deux produits majeurs sont le pentaoxyde de phosphore (P2O5) calcique et l’acide phosphorique (H3PO4).
Les minerais à base de phosphates sont de différentes origines, les plus connus sont ceux de l’apatite (sous forme de chloro, fluoro ou hydroxyapatite) qui est d’origine sédimentaire, contenant par conséquent des impuretés métalliques nécessitant traitement. Ce minerais est de formule chimique générale Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) dans lequel des substitutions peuvent se mettre en place et donner lieu à des propriétés très complexes. Les phosphates enrichis peuvent faire l’objet, du moins dans le domaine des engrais agricoles, à des transformations menant jusqu’au triple super phosphate (TSP).
Acide phosphorique
La production de l’acide phosphorique nécessite l’utilisation de pas moins de 5m3 d’eau par tonne de P2O5, équivalent à environ un besoin de 15000m3/J pour une production annuelle de 1 million de tonne d’acide phosphorique.
La qualité d’eau exigée pour la fabrication de l’acide phosphorique de grade analytique doit être de niveau de pureté très élevé. Cette exigence fait de la technique d’osmose inverse un choix de premier plan venant se greffer à la suite d’une série de prétraitement pouvant inclure d’autres techniques membranaires comme la décantation et l’ultrafiltration.
Environ 95 pour cent de l’acide phosphorique obtenu par voie humide de qualité commerciale est utilisé pour produire des engrais. Tandis qu’une petite part de cet acide est dirigée vers l’industrie chimique.
Le procédé humide de production d’acide phosphorique comprend trois opérations : digestion, filtration, et concentration. La roche phosphatée enrichie est dissoute dans de l’acide sulfurique pour lixivier le phosphate de calcium. Le résultat de cette opération est un mélange composé d’une solution acide phosphorique et un solide en suspension qui est le sulfate de calcium, communément appelé phosphogypse. La suspension solide est séparée de la solution acide par une opération de filtration. L’acide isolé lors de la filtration est concentré par évaporation jusqu’à produire de l’acide phosphorique de qualité marchande (54%) ensuite enrichi jusqu’à des puretés supérieures à 85%.
Le phosphogypse est séché, de l’eau est récupérée, et un matériau utile généré.
Les indices financiers du produit phosphaté dans le monde
Le prix le plus bas affiché sur les tabloïdes des échanges de phosphates est descendu à 70 dollars la tonne en avril 2020 du produit de référence 70 % BPL. Ceci a été attribué aux premiers effets négatifs de récession causés par la pandémie, mais depuis, la tendance est restée globalement haussière pour afficher 125 dollars US en juin 2021. Il y a eu des épisodes qui ont marqué les ventes des phosphates par des prix relativement élevés à l’instar des 195 dollars en janvier et mai 2012, mais loin du montant le plus élevé enregistré entre octobre 2008 et mars 2009 de 450 dollars la tonne.
L’unité de mesure BPL (Bone Phosphate Lime) représente le taux du phosphate tricalcique dans le produit, elle peut également être retrouvée à partir de la teneur en P2O5, tel que %BPL = %P2O5 X 2,185. Les produits marchands doivent avoir des BPL d’au moins supérieurs à 61%, c’est-à-dire 28% en P2O5.
Dispositifs de traitements des eaux dans l’industrie minière
Selon que l’eau intervient dans le process ou est générée comme rejet liquide, le traitement en amont ou en aval de l’eau fait partie intégrante de la chaine de production dans l’industrie minière.
Dans ce système, des installations sont requises dans la plus part des usines de transformation ou d’enrichissement. Il s’agit par exemple, des bassins de décantation, des systèmes d’élimination des solides en suspension, des filtres press pour la réduction des rejets liquides, des équipements de filtration membranaires pour la purification de l’eau et les adsorbants ou échangeurs d’ions pour l’élimination sélective de certaines substances.
D’autres techniques peuvent s’y ajouter comme la précipitation sélective à l’aide des agents chimiques appropriés suivies par des centrifugations ou des dépôts stratifiés.
Filtre press
Lorsque les conditions de granulométrie et d’écoulement de la boue le permettent, l’utilisation du filtre press prend une place de choix dans le système de réduction des déchets liquides. De grandes quantités d’eau peuvent être récupérées et le gâteau final, sous sa forme solide est disposé pour d’autres usages.
La presse filtrante comprend généralement un châssis en acier avec un piston de fermeture hydraulique qui verrouille un paquet de plaques filtrantes.
Une toile filtrante recouvre la grille de drainage et forme une chambre dans laquelle la boue d’alimentation est introduite sous pression. Au fur et à mesure que la chambre se remplit sous pression, le filtrat se déplace à travers la toile filtrante et sort par la grille de drainage de la plaque. Les solides sont piégés dans la chambre et constitués en un gâteau solide.
Traitement des eaux résiduelles par le système DAF (Dissolved air flottation)
Le système DAF combiné à l’utilisation des floculant permet efficacement d’éliminer les solides en suspension et diminuer le taux des solides dissous (TDS). Le système pourrait être combiné en cas de besoin à la nanofiltration membranaire pour de meilleures efficacités lorsque la qualité de l’eau exigée pour le processus ou pour d’autres usages le requiert.
Equipements de traitements et filtrations membranaires
De telles installations, quoique assez couteuses à l’installation, s’avèrent très efficaces et rapidement rentabilisées lorsque les conditions d’utilisation assurent de meilleures longévités. Des durées de vie plus longues, notamment des matériaux membranaires, peuvent être garanties grâce aux bonnes pratiques des procédures de prétraitement qui doivent avant tout s’adapter à la nature du rejet traité.
Ces techniques, suivant la qualité visée et la charge contenue se présentent comme procédés de filtration barométrique (micro, ultra, nanofiltration, osmose inverse) ou des procédés à gradient électrochimique comme l’électrodialyse ou l’électrodéionisation.
Echange d’ions sur résines
C’est une technique bien connue dans le domaine minier, particulièrement pour l’enlèvement des substances ioniques (cationique ou anionique) présents à l’issu des différents traitements de purification du minerais. Ces ions sont par exemple, les fluorures, les sulfates, ou encore des substances faiblement radioactives.
La technique d’échange d’ions trouve aussi son champ d’application dans la récupération de certaines substances utiles pouvant être contenus dans les rejets d’usines. Une élimination de certians éléments génant est un préalable au bon fonctionnement de l’échangeur comme le Fer(III), le mercure (II) ou le plomb (II).
