Damien Goetz,
Directeur adjoint en charge de la recherche
Professeur responsable de l’option Sol et Sous-Sol
MINES ParisTech
Techniques d’exploitation et méthodes de traitement : contributions de la recherche française
12/06/2014
1
Une activité qui a connu une longue crise
2
• 1980-2005 : une longue période très défavorable
• Désintérêt de la part des industriels
• Désengagement de la puissance publique
Qui renait avec quelques acteurs
3
• Acteurs historiques :
• BRGM
• Traitement de minerais par bio-lixiviation
• Ecole des mines de Nancy
• Géomécanique
• Ecole Nationale Supérieure de Géologie
• Minéralurgie
• MINES ParisTech, Centre de Géosciences
• Géostatistique, géophysique, géochimie et la géomécanique
• Acteurs récents
• Technip
• Désintérêt de la part des industriels
• Désengagement de la puissance publique
Une présentation forcément partielle
4
• Evaluation de gisements
• Techniques d’exploitation
• Techniques de traitement
• Désintérêt de la part des industriels
• Désengagement de la puissance publique
Géostatistique et estimation des gisements
5
• Un des principaux domaines d’activité de l’équipe de Géostatistique
(10 enseignant-chercheurs) du centre de Géosciences, MINES
ParisTech
• Mines, Pétrole, Environnement, Halieutique, Applications technologiques
• Partenariat fort avec l’industrie française (Areva, Eramet) mais aussi avec
de grands acteurs de l’industrie minière mondiale (Codelco, Vale)
• Méthodes pour l’estimation de gisements de diamants
Géostatistique et estimation des gisements
6
• Modélisation par un processus de
Poisson hétérogène, appliqué sur
une carte de potentiel
Géostatistique et estimation des gisements
7
• Un des principaux domaines d’activité de l’équipe de Géostatistique
(10 enseignant-chercheurs) ducentre de Géosciences
• Mines, Pétrole, Environnement, Halieutique, Applications technologiques
• Partenariat fort avec l’industrie française (Areva, Eramet) mais aussi avec
de grands acteurs de l’industrie minière mondiale (Codelco, Vale)
• Méthodes pour l’estimation de gisements de diamants
• Développement d’une nouvelle méthodologie de block modelling
pour des gisements multi-faciès
Géostatistique et caractérisation de massif rocheux
10
• La fracturation est un des principaux facteurs de tout indice de
caractérisation des massifs rocheux
• Elle peut être mesurée par un indice de fréquence des fractures FF,
calculé sur la partie non broyée des carottes
• La simulation sur cette base pose problème :
• Grandeur non additive
• Non prise en compte des zones broyées
• Corrélation forte entre Indice de fracturation et importance des zones
broyées
• Corrélation dépendante de l’orientation
Géostatistique et caractérisation de massif rocheux
11
• La fracturation est un des principaux facteurs de tout indice de
caractérisation des massifs rocheux
Géophysique et micro-sismicité induite
12
• Equipe Géophysique du centre de Géosciences de MINES
ParisTech (4 enseignats-chercheurs)
• Suivi et caractérisation de fracturation de massifs rocheux
• Suivi d’exploitations minières (block caving, autres)
• Stimulation de réservoirs (géothermie HDR, gaz de schistes)
• Détection de zones fracturées (mines, stockages)
• Enjeux : interpréter un réseau de fractures
• Planification/optimisation d’un réseau de capteurs
• Calibration de modèles de vitesse
• Localisation des micro-événements
• Inversion des tenseurs des moments
• Solveurs de type Eikonal (rapide et robuste) avec prise en compte
de l’incertitude
Géophysique et micro-sismicité induite
13
• Modélisation de la propagation d’une onde de cisaillement dans un
milieu hétérogène
Géophysique et micro-sismicité induite
14
• Modélisation de la propagation d’une onde de cisaillement dans un
milieu hétérogène
Géophysique et micro-sismicité induite
15
• Localisation d’un micro-séisme
• Des géométries toujours très peu favorables
receivers calibration shots
Géométrie d’acquisition Log de vitesse
−Well logs
−95% confidence interval
−Mean model
- Best model
Géophysique et micro-sismicité induite
16
• Localisation d’un micro-séisme
Nouvelle PDF prenant en compte les incertitudes du modèle de vitesse
PDF standard pour un seul modèle de vitesse
Géomécanique et stabilité locale
18
• Equipe Géomécanique, Centre de Géosciences, MINES ParisTech
• Environ 10 enseignants-chercheurs permanents
• Confortement des terrains par boulonnage
Thèse de Laura Blanco : Prix du CFMR
Géomécanique et stabilité locale
20
• Equipe Géomécanique, MINES ParisTech
• Confortement des terrains par congélation
• Développement d’un modèle de couplage
• Milieu poreux saturé, à l’équilibre thermique,
squelette rigide
• Code de transfert de chaleur tuyau-terrain intégrant
l’écoulement
Techniques d’abattage
21
• Equipe Géomécanique, MINES ParisTech
• Abattage au jet d’eau à haute pression
• Modélisation du comportement du jet d’eau (dans l’air, dans l’eau,
gainé ou non)
• Modélisation de l’érosion
Géomécanique et stabilité à grande échelle
23
• Equipe Géomécanique, Laboratoire Géoressources, Pôle
Géosciences Nancy (Otelo)
• Contraintes et rockburst
• Evaluation des états de contrainte
• Influence des hétérogénéités locales (failles)
• Evolution avec la progression des fronts de taille
• Lien avec la sismicité induite
Evolution de l'énergie potentielle élastique emmagasinée dans les piliers et le terrain d'une mine lors de son développement
ΔUc : augmentation d'énergie mécanique volumique stockée dans la roche. Permet de localiser les zones favorables aux coups de terrains
Géomécanique et stabilité à grande échelle
24
• Equipe Géomécanique, Laboratoire Géoressources, Pôle
Géosciences Nancy (Otelo)
• Contraintes et rockburst
• Après-mine
• Méthodologie d’évaluation des zones à risques
• Evaluation des vulnérabilités
• Modélisation des incertitudes
• Surveillance des cavités abandonnées
Transport réactif et In Situ Recovery
25
• Equipe Hydrodynamique et réactions, Centre de Géosciences,
MINES ParisTech
• 5 enseignants-chercheurs permanents
• Couplage écoulement en milieu poreux et interactions chimiques
• Progiciel Hytec, Base de données géochimiques Chess
• Enjeux scientifiques
• Développement des connaissances de base en géochimie
• Ecoulements polyphasiques
• Milieux poreux hétérogènes
• Application à l’exploitation d’uranium par in situ leaching ou in situ
recovery
Transport réactif et In Situ Recovery
27
• Un milieu très hétérogène :
• Zones oxydées, réductrice et minerai
• Variabilité à l’échelle du m en horizontal, de la dizaine de cm en vertical
OX MIN RED
Sulfuric acid injection Producer well
pH ~0.8-2 Fe3+ (recycling) ~150-250 mg/L
• Solubilisation de l’uranium par
oxydation par Fe3+
• Uraninite + 2Fe3+ -> UO22++2Fe2+
• Apport de Fe3+ par lixiviation acide
de la goethite
• Goethite + 6H+ -> Fe3++3H20
OX MIN RED
Uraninite 0 variable 0
Goethite + 0 0
Calcite 0 - 0
Pyrite 0 - +
Quartz + + +
Smectite + + +
Kaolinite + + +
Transport réactif et In Situ Recovery
28
• Cellule de base pour la production : cellules hexagonales de rayon
40 m :
• Modélisation d’un bloc de 6 à 10
cellules (30 à 60 puits) : 150000
mailles de 5m x 5m x 1m
• Hétérogénéité géométrique des
contacts toit et mur
• Hétérogénéité de faciès (zone oxydée,
minerai, zone réduite)
• Hétéorogénéité de teneur en U
injectors
producers
~350 m
U distribution
Transport réactif et In Situ Recovery
29
• Géometrie : puits
• Géologie: faciès et minéralogie associée
• Teneur U
• Historique de production – Composition fluide d’injection – Débits
29
0
0.5
1
1.5
2
0 200 400 600 800
pH
in
jecto
r
time (days)
Transport réactif et In Situ Recovery
30
Représentation des teneurs en fonction du temps • Calcite :
consommateur d’acide et régulateur de pH
• Uraninite
• Goethite : mise en solution en fonction de sa disponibilité
time
Transport réactif et In Situ Recovery
31
Teneur en U des jus des puits producteurs
Production cumulée d’uranium
Techniques de traitement de minerais
32
• Equipe Valorisation des ressources, Laboratoire
Géoressources, Pôle Géosciences Nancy (Otelo)
Upscaling from laboratory to pre-industrial 150 equipments : milling, classification, separation (wet or dry) : from 1 to
1,000 kg
Ball mill Electrostatic separator Flotation columns
Water Treatment 2 000 m2
HIMS (Jones separator)
HGMS with perma- nent magnets
Techniques de traitement de minerais
• Amélioration des processus de traitement : nouvelle génération
de cellules de flotation
reactor
separator
Feed pulp
air
Pulp aeration (Re = 104-105)
Separation of loaded bubble from pulp (Re = 102-103)
Bubble-particle Collision (Re = 103-104)
froth
tails
Application of RS allows to : reduce the number of roughing operations; increase flowrate by 1,5-2; increase metallurgical performance
Froth product
Flotation cell
Bubble particle collision
Cell product
Separation of loaded bubble
from pulp
Feed pulp
Conventional flotation cell All flotation subprocesses at the same
hydrodynamic conditions
New flotation cell special zone for each subprocesses
Techniques de traitement de minerais
• Développement de nouveaux
procédés : utilisation d’ondes électro-
magnétiques pulsées
• Création d’une nano-fracturation de
grains constitués de 2 éléments qui
présentent un contraste de conduction
(Au, FeS2 ou AsFeS2)
• Cyanuration de l’or rendu accessible
par cette nano-fracturation
• Séparation par flottation en exploitant
les contrastes de propriétés de
surface des grains sollicités par le
processus
Au
cracks
Au
15
25
35
45
55
65
75
85
95 EthylXanthate, pH = 7
Reco
ve
ry,
%
Treatment energy, кJ
0.1 0.5 1.0 1.5
FeS2
FeAsS2
Bio-lixiviation et traitement de minerais
35
• Equipe Déchets et matières premières du
BRGM
• 18 personnes
• Design de process de traitement
• Optimisation énergétique (cominution)
• Bio-lixiviation
• Solubilisation des métaux par les bactéries,
un processus naturel
• Domaines d’applications variés :
• Déchets miniers, minerais pauvres, minerais
complexes
• Enjeux scientifiques
• Identification des souches bactériennes les
plus adaptées et rôle de la dynamique des
populations
• Modélisation des processus bio-géochimiques
• Développement de réacteurs spécifiques
• La lixiviation acide est une méthode
adaptée aux minerais de cuivre oxydé
Drainage Minier Acide
Bio-lixiviation et traitement de minerais
36
• 2 grandes formes de mises en œuvre :
• Lixiviation en tas (statique)
• Lixiviation en cuves (dynamique)
• 2 processus élémentaires
• Oxydation directe par la bactérie en
surface du grain (du cuivre, du soufre)
• Oxydation indirecte
Bio-lixiviation et traitement du cobalt
37
• Le projet KCC de retraitement de résidus minéralurgiques
1989 Preliminary study of bioleaching (laboratory)
1989 93 - Pre-feasibility study (testwork on bioleaching)
1992-96 - Feasibility Step - Basic engineering
1996 - 1998 - Detailed engineering
1998-1999 - Construction and start-up
June 1999 - First cobalt cathode on site
Continuous lab-sacle plant
Top Related