En décembre dernier, une chose inattendue s’est produite à la mine de Pinto Valley, dans le district minier de Globe-Miami en Arizona. À peine un mois après que la société Capstone Mining de Vancouver a mis en place sa méthode d’optimisation du forage et de l’abattage à l’explosif à sa mine phare de cuivre dans l’optique d’améliorer les rendements en matière de traitement des minerais, la capacité à l’usine de broyage a dépassé toutes les attentes.

Initialement conçue pour traiter 45 000 tonnes par jour (tpj) et exploitée en moyenne à 20 % de plus ces dernières années, l’usine est parvenue à traiter une moyenne de 63 517 tpj dans le mois. En une journée particulièrement glorieuse, la capacité à la mine de 45 ans a battu tous les records et a traité 70 334 tonnes.

Une partie de cette augmentation fulgurante était attribuable à l’optimisation du forage et de l’abattage à l’explosif. Quant au reste, la mine avait touché un lot de minerai moins dur affichant un indice de Bond inférieur pour le broyeur à boulets, favorisant ainsi une capacité supérieure. Avec les changements de caractéristiques du minerai dans l’exploitation à ciel ouvert, cette situation heureuse aurait pu disparaître aussi vite qu’elle était apparue. Toutefois, la perspective de telles augmentations spectaculaires de la capacité a stimulé l’imagination de Capstone, et donné naissance à un parcours d’innovation en matière de traitement des minerais pour réinventer cette exploitation à coûts élevés en en faisant une mine plus rentable et résiliente.

Les étapes prioritaires

« L’histoire de Pinto Valley de Capstone indique que dans le passé, cette mine avait des coûts relativement plus élevés », déclarait Jerrold Annett, vice-président de la stratégie et des marchés des capitaux à Capstone, qui a acheté Pinto Valley à BHP Billiton en octobre 2013. « On ne sait jamais lorsque le prix du cuivre va baisser. Cette année, le prix du cuivre a soudainement chuté pour atteindre le même niveau qu’en 2016. Nous luttons contre ces baisses de prix en nous efforçant d’être compétitifs et en maintenant nos coûts à un niveau relativement bas pour surmonter ce genre de répercussions difficiles. Nous sommes vraiment axés sur la récupération du cuivre à des coûts inférieurs. »

Pour atteindre cet objectif à la fin 2019, le premier effort de Pinto Valley portait sur l’optimisation de la première étape de son exploitation, le forage et l’abattage.

« Pour moi, c’est vraiment là que commence l’amélioration du traitement des minerais », indiquait Mike Wickersham, directeur général de Pinto Valley. « C’est la manière la moins onéreuse d’ajouter de l’énergie au procédé de concassage des grosses roches en petites. »

Pinto Valley a décidé de consulter régulièrement Adrian Dance, métallurgiste principal à SRK Consulting et expert en optimisation holistique de type mine-to-mill (de la mine au concentrateur). Après avoir étudié les données et la performance de l’usine de concentration de Pinto Valley, M. Dance a identifié l’un des principaux goulets d’étranglement dans l’exploitation. Son usine de broyage n’envoyait pas suffisamment de fines dans le broyeur à boulets de manière fiable. Conformément aux pratiques de broyage, M. Dance a recommandé d’envoyer des fines de 12 millimètres (mm) dans l’usine de broyage. Ceci mènerait à une amélioration de la performance et de la stabilité du circuit du broyeur à boulets.

En collaboration avec M. Dance, Pinto Valley a ajusté sa méthode de forage et d’abattage à l’explosif afin de fournir une fragmentation maximale, et elle a ajouté une fonctionnalité de traçage de la granulométrie pour évaluer la performance de l’optimisation. « Il s’agit de mieux utiliser les données puis de mesurer les performances pour la production de fines », expliquait M. Wickersham. « Cela n’a rien à voir avec des explosifs flambant neufs ou nouvellement testés. Nous utilisons des explosifs traditionnels, des systèmes de détonation classiques, mais nous nous concentrons davantage sur la production de fines. »

L’optimisation s’est rapidement avérée être très rentable. « Le premier résultat a été une amélioration importante dans la production de fines », déclarait Umut Erol, directeur des travaux métallurgiques à Capstone. « La production a quasiment triplé. Nous avons retiré une grande charge du circuit du concasseur secondaire, car les fines passaient au travers des tamis et arrivaient directement dans le circuit tertiaire. »

Avant l’optimisation, la production de matière à grains fins ne dépassait pas les 15 %. Grâce au nouveau programme ajusté plus précisément, la production a augmenté jusqu’à 35 % en moyenne, parfois même 40 %.

La diminution de la charge imposée aux concasseurs secondaires s’est traduite par une hausse de la capacité, mais aussi par une baisse de l’entretien nécessaire et des coûts dans l’usine de broyage, indiquait M. Wickersham.

Des possibilités hors normes

L’association d’une nouvelle méthode de forage et d’abattage à l’explosif et de minerais très favorables a fait de décembre 2019 un tournant pour Pinto Valley, avec une capacité qui atteignait des niveaux de tonnes de minerais traités par jour jusqu’ici impensables. « Cela a été une révélation. On a soudain compris jusqu’à quel point on pouvait pousser le concentrateur si l’on trouvait un moyen de maintenir la capacité à ce niveau », expliquait M. Wickersham.

En juillet, Pinto Valley a rénové son circuit de concassage secondaire avec de nouveaux concasseurs à cône Raptor de FLSmidth. « Nous avons opté pour ces concasseurs par souci de fiabilité », indiquait M. Annett.

L’augmentation spectaculaire de décembre 2019 en termes de capacité s’est toutefois accompagnée d’un petit problème. Malgré la hausse du pourcentage de fines traitées grâce à la méthode optimisée de forage et d’abattage à l’explosif, les tonnes traitées comprenaient des particules grossières qui imposaient une pression sur le concentrateur. « On dispose de moins de temps pour la flottation lorsqu’on traite plus de tonnes dans un espace spécifique », indiquait-il. « On y perd donc en termes de récupération. Les cellules de flottation mécaniques traditionnelles ne constituent pas la meilleure option pour récupérer les particules grossières envoyées dans les concentrateurs. »

En collaboration avec M. Dance, l’équipe s’est décidée à répondre à la question suivante, à savoir « comment pousser l’usine, conçue pour traiter 45 000 tpj, jusqu’à cette capacité impressionnante sans accuser de perte au niveau des récupérations par flottation », indiquait-il.

L’équipe a envisagé un broyage supplémentaire, notamment à l’aide de cylindres de broyage à haute pression (HPGR, de l’anglais high pressure grinding rolls) pour broyer le matériau et réduire la pression imposée sur son concentrateur. En fin de compte, elle a opté pour le séparateur HydroFloat d’Eriez Flotation de Vancouver pour la concentration en minéraux de particules grossières. Cette technologie repose sur un séparateur aéré à lit fluidisé qui associe la flottation à la concentration par gravité pour extraire les métaux du minerai.

« Nous ne serons pas les premiers à utiliser cette technologie. Plusieurs autres sociétés en Amérique du Nord, en Australie et en Afrique du Sud l’utilisent depuis quelque temps », indiquait M. Erol. « Elle attire beaucoup l’attention pour de bonnes raisons, et son intégration dans l’usine semble évidente. »

D’après M. Annett, la flottation des particules grossières, c’est l’avenir. « Il n’est pas nécessaire d’utiliser autant d’énergie pour réduire les particules à une taille ultrafine », indiquait-il. « L’énergie nécessaire au broyage en une particule réellement fine représente l’un des coûts les plus élevés pour le concentrateur », précisait-il. « Si l’on peut obtenir tous les avantages des récupérations importantes avec des particules grossières, c’est là que l’on devient très compétitif. »

Il a cependant fallu plus de matière grise pour comprendre comment intégrer cette nouvelle technologie à l’usine existante en évitant les interruptions au niveau de la production. Pour y parvenir, Capstone a commencé à explorer ses options et à mener des essais au printemps dernier. La société a déjà mené des études en laboratoire, pas seulement à Pinto Valley mais aussi à sa mine de cuivre Cozamin au Mexique. Aujourd’hui, Pinto Valley mène une étude à l’échelle pilote qu’elle prévoit de terminer d’ici la fin de l’année. « C’est réellement une étude permanente », indiquait M. Erol. « Nous n’avons cessé d’élargir sa portée en raison des résultats positifs que nous obtenons. »

Pleins feux sur l’innovation

Le parcours de la société vers l’optimisation à travers l’innovation ne s’est pas limité à son usine de broyage et son concentrateur. Pinto Valley travaille aussi sur le développement d’une nouvelle série d’agents réactifs pour un traitement plus efficace de son produit dérivé, le concentré de molybdène. Il les teste actuellement, avec des résultats très prometteurs.

Capstone a également uni ses forces avec la société Jetti Resources de Boulder, dans le Colorado, pour lancer une nouvelle technologie catalytique pour son usine d’extraction par solvant et d’extraction électrolytique, qui devait être fermée en raison de sa performance médiocre. « La récupération atteignait un maximum de 30 % de cuivre à partir de ces amas. Dans des essais en laboratoire, on peut désormais doubler cette récupération », indiquait M. Wickersham. « Cela va créer entre 300 et 350 millions de livres de cuivre en cathodes sur la durée de vie de l’exploitation dans laquelle nous travaillons. »

La transformation de déchets en profits renforcera la compétitivité de la mine, mais Pinto Valley ne s’est pas arrêtée là. Pour éviter les interruptions au niveau de la production, la mine utilise ses réserves pour alimenter le concentrateur lorsque son usine de broyage des fines est en arrêt. Pour améliorer les rendements et renforcer la sécurité des employés, elle a également acheté un bulldozer Caterpillar de la catégorie D10T2 actionné à distance. « C’est la première application que Caterpillar développe en Arizona », expliquait M. Wickersham.

Pinto Valley se lance aussi dans la haute technologie afin d’être mieux armée face à des situations révélatrices telles que cette augmentation inattendue de la capacité en décembre dernier. Elle a signé un contrat avec AspenTech (à côté de Bedford, dans le Massachusetts), une société qui propose un logiciel d’optimisation des actifs reposant sur l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique pour explorer les manières d’améliorer les commandes des systèmes et l’automatisation future.

« Dans une usine de 45 ans, nous allons utiliser des solutions à la pointe du progrès reposant sur les mégadonnées », indiquait M. Annett. « Nous allons continuer à exploiter cette usine en la rendant plus forte et en réduisant continuellement nos coûts, et non pas en en faisant une de ses installations qui se retrouvent au bord du gouffre dès que le prix du cuivre baisse. »

« Ce n’est que le début », ajoutait M. Wickersham.Traduit par Karen Rolland