First Quantum Minerals (FQM) a amélioré la récupération de cuivre et la qualité des concentrés à sa mine Kevitsa en installant un broyeur agitateur fourni par Outotec. Il s'agit de l'une des premières mines en roche dure à s'équiper d'un broyeur à haute intensité (broyeur HIG), qui était jusqu'à présent principalement utilisé dans le secteur des minéraux industriels.

Les disques abrasifs pivotants du broyeur HIG remuent de petits billes en céramique qui érodent les particules de minerai jusqu'à ce qu'elles atteignent une taille permettant même de libérer des minéraux à grains très fins. Comme l'explique Steve Schmidt, directeur des produits commerciaux chez Outotec pour les broyeurs HIG, la forme allongée et étroite du broyeur et la configuration de ses disques produisent un broyage très efficace.

Ishmael Muzinda, métallurgiste en chef de Kevitsa, expliquait que l'installation du broyeur avait permis d'accroître la capacité, de produire des concentrés de nickel et de cuivre plus purs, et de légèrement augmenter la récupération globale de cuivre. « Si l'on tient compte de tous les éléments, la période de recouvrement du broyeur secondaire devrait être inférieure à deux ans, peut-être même une seule année », ajoutait-il.

Les grains fins sont problématiques pour la flottation

Kevitsa, une exploitation de cuivre-nickel-platine basée en Finlande, a commencé sa production commerciale en 2012 avec des capacités atteignant 5 millions de tonnes par an. Le schéma de traitement initial comprenait le broyage dans deux broyeurs autogènes (broyeurs AG) et un broyeur secondaire à boulets, la flottation séquentielle du cuivre suivie de la flottation du nickel de manière à produire deux concentrés distincts.

Cependant, environ 12 % du cuivre n'était pas récupéré durant l'étape de flottation du cuivre en raison de la libération médiocre et des contraintes liées à la récupération de la teneur. « Si la libération est médiocre, on peut difficilement obtenir une bonne séparation du cuivre et du nickel », expliquait M. Muzinda. « Le cuivre que l'on retrouve dans le concentré de nickel n'est pas acheté au même prix que le cuivre trouvé dans le cuivre. »

L'analyse de la libération des minéraux a montré que les principaux minéraux présentant un intérêt, à savoir la chalcopyrite et la pentlandite, étaient finement distribués dans le minerai, et la taille du grain était infime, parfois de 15 microns à peine. « En raison du problème de séparation du cuivre et du nickel, nous nous sommes rendus compte de l'importance de rebroyer à 20 microns », indiquait M. Muzinda.

Modèle de broyeur HIG

Le broyeur HIG représente l'entrée en scène d'Outotec dans un domaine lancé par Xstrata avec le broyeur IsaMill et dominé par Metso et FLSmidth, entre autres. Le concept d'un broyeur agitateur a vu le jour avec le traitement de minéraux blancs, et on compte plus de 200 broyeurs HIG dans cette industrie. En 2012, Outotec a obtenu les droits exclusifs concernant les applications minières du fabricant suisse STM Minerals.

Les broyeurs agitateurs utilisent un broyage de type par frottement, qui use la surface des particules de minerai au lieu de les décomposer. Le broyeur HIG est l'un des quelques modèles verticaux qui laissent faire la gravité pour compacter les corps broyants et pour promouvoir des contacts efficaces entre ces corps et la boue de minerai.

Dans le broyeur HIG, 70 % de la virole est remplie de corps broyants en céramique de 3 à 4 millimètres. Un arbre vertical pivotant est équipé de disques qui mélangent ces corps. Les pompes qui aspirent la boue de minerai du fond la transportent jusqu'en haut du concentrateur par l'intermédiaire des disques abrasifs, la rendant de plus en plus fine au contact des corps. Des disques auxiliaires fixés au blindage de la virole, qui envoient les matériaux dans le sens d'écoulement contraire, empêchent les particules de contourner les disques abrasifs, et les trous dans les disques laissent passer les particules les plus fines sans devoir augmenter le taux d'attrition.

La différence la plus évidente entre le broyeur HIG et ses concurrents réside dans la conception unique de son grand agitateur à rapport de forme étroit et dans l'existence de disques auxiliaires fixes envoyant les matériaux dans le sens d'écoulement contraire. D'après M. Schmidt, ceci crée effectivement un réacteur à écoulement piston qui rend « pratiquement impossible le court-circuitage des particules dans le broyeur ».

Installation d'un broyeur HIG à Kevitsa

En février 2015, FQM a ajouté une étape de rebroyage à son concentrateur de cuivre. Le concentré plus brut de cuivre est envoyé dans le broyeur HIG, qui le rebroie et l'envoie dans le nettoyeur de cuivre dans un circuit ouvert.

FQM avait envisagé d'autres broyeurs agitateurs et à boulets pour son étape de rebroyage. Comme l'expliquait M. Muzinda, certaines options ont été éliminées de la liste car elles utilisaient des corps broyants en acier, ce qui aurait pu modifier la chimie de la pulpe de minerai et pousser la gangue à flotter. Quant aux autres, les coûts d'installation et d'exploitation ou leurs empreintes étaient trop élevés. Le modèle d'Outotec de 700 kilowatts installé à Kevitsa, dont le diamètre ne dépasse pas un mètre, était suffisamment petit pour être posé dans le concentrateur sans trop de difficultés.

Plus important encore, Outotec offrait également une solution complète dotée de commandes automatisées. « Nous étions prêts à être la première mine en roche dure à tester cette technologie car nous nous rendions compte des avantages de disposer de capacités de commande intégrées », indiquait M. Muzinda. Le variateur de vitesse du broyeur peut être ajusté en fonction de la quantité ou de la nature de l'alimentation. À la mine Kevitsa, un analyseur en ligne de la taille des particules, l'Outotec PSI 500, mesure le produit issu du circuit de rebroyage. Si la production du broyeur primaire devient plus fine, le broyeur HIG ralentit son moteur et ne gaspille pas son énergie dans le surbroyage des minerais.

Courbe d'apprentissage

Juste après l'installation commerciale, il est apparu que l'on pouvait ajuster la taille de broyage ciblée de 20 microns à la hausse ; en effet, on pouvait atteindre la performance souhaitée en matière de flottation avec une taille de 30 à 35 microns.

Cependant, les disques abrasifs s'usaient très rapidement. « Dans les premiers temps, nous devions changer les disques abrasifs tous les mois », indiquait M. Muzinda. FQM et Outotec ont réduit l'usure des disques en essayant différents alliages et formes de métaux. Les disques utilisés actuellement devraient durer entre 4 et 6 mois ; des travaux continus d'optimisation cherchent à prolonger cette échéance.

« D'autres travaux suivront sur les corps broyants en céramique », ajoutait M. Muzinda. « Si nous y parvenons, ceci permettra également de prolonger la durée de vie des disques abrasifs. »

« Le fait que les spécifications des matériaux que nous obtenions différaient de celles que nous espérions obtenir initialement ne m'a pas particulièrement étonné », expliquait M. Schmidt. « L'application sur des roches dures allait indéniablement entraîner diverses expériences d'apprentissage. L'un des résultats vraiment positifs que nous avons obtenus à Kevitsa est que le blindage de la virole n'a pratiquement pas été usé, un facteur extrêmement important pour la technologie. »

Le fin mot de l'histoire

Le plus important est que FQM a atteint son objectif, à savoir améliorer la récupération. La quantité de cuivre que l'on retrouve dans le nickel est passée de 12 % à 8 %. La récupération globale de cuivre a augmenté de 1 %.

Si FQM devait rentabiliser son investissement dans le broyeur HIG uniquement au travers des prix des concentrés, il faudrait des années à la société pour voir un retour. Mais comme le faisait remarquer M. Muzinda, l'étape de rebroyage permet à l'alimentation destinée à la flottation d'être broyée un peu plus grossièrement, à savoir 70 % dépassant les 75 microns. Avant l'installation du broyeur HIG, tout ce qui était inférieur à 75 % de tamisat était considéré comme à trop gros grains.

« Ceci profite aussi à la capacité », déclarait M. Muzinda. En tenant compte de l'augmentation de la capacité, il estimait des retombées dans moins de deux années.

Une technologie en pleine expansion

L'installation à la mine Kevitsa marquera sans aucun doute la première d'une longue série. M. Schmidt indiquait que, dans le contexte du déclin de la qualité du minerai à l'échelle mondiale, le rebroyage commence à revêtir une grande importance. Dix autres broyeurs HIG d'Outotec sont en phase de fabrication ou prêts à la livraison pour d'autres projets de cuivre et platine. D'après M. Schmidt, les données collectées à Kevitsa devraient contribuer à la commercialisation de cette technologie auprès de clients du secteur minier.

Il soulignait cependant que la technologie avait déjà été éprouvée dans des schémas de traitement pratiquement identiques à une exploitation minière classique. La conception de base n'a pas changé.

Existerait-il d'autres outils de comminution qui n'attendent qu'à être découverts ? « Je suis sûr que d'autres technologies pourraient trouver leur voie dans l'industrie minière », indiquait M. Schmidt. Cependant, il ajoutait que la prudence dont fait preuve l'industrie est légitime. « Je pense simplement que le secteur minier doit faire preuve de davantage d'initiative pour profiter des technologies utilisées dans d'autres industries. »

Traduit par Karen Rolland