De concert avec le département de génie minier et métallurgique de l’Université McGill, le Centre de technologie Noranda (CTN) a étudié la possibilité de récupérer des métaux de grande valeur à partir du DMA (drainage minier acide) tout en maintenant la qualité de l’effluent liquide et en réduisant la quantité de boues produites. Plusieurs méthodes chimiques ont été considérées pour précipiter les métaux de manière sélective et les récupérer avant d’élaborer le schéma simplifié de traitement d’un procédé de précipitation en trois étapes. Le schéma simplifié de traitement a été évalué par la suite, de même que ses aspects économiques.

Le procédé original de précipitation en trois étapes a été mis au point et étudié de façon détaillée à l’échelle du laboratoire (partie I) par l’Université McGill. Ce procédé consistait à précipiter le Fe en présence d’un agent tensio-actif (DDA , ou dodécylamine) (ce qui devait modifier les propriétés en surface du Fe(OH)3, réduisant ainsi la précipitation simultanée du Zn), à faire précipiter les sulfures en vue d’obtenir un précipité sulfuré riche en Zn et à effectuer un traitement final à la chaux visant à éliminer les métaux résiduels s’il y a lieu pour satisfaire aux exigences relatives à la qualité de l’eau.

Plusieurs problèmes techniques ont été soulevés pendant l’élaboration du procédé. La séparation solide/liquide et la manutention des matières se sont avérées difficiles. En outre, la DDA résiduelle dans l’effluent peut nuire à la vie aquatique. Finalement, la surveillance du procédé et les coûts qu’il engendre sont les principaux problèmes associés à la précipitation des sulfures. C’est pour cette raison que des procédés de remplacement ont été étudiés.

Trois procédés de remplacement ont été mis au point et évalués par le CTN (partie II). La première étape de l’un des procédés consiste à précipiter le Fe(III) en présence de CaCO3, puis à précipiter des métaux en présence de NaOH et de Na2CO3. Dans un autre procédé, le Cu a été récupéré par cémentation, au moyen de poudre de Fe. Le fer-III a été par la suite précipité sous forme d’un phosphate, au moyen de H3PO4 et le Zn a été récupéré sous la forme d’un hydroxyde, au moyen de Ca(OH)2.

L’utilisation de Na2S en vue d’obtenir les précipités ZnS et CuS a été étudiée en profondeur dans une version inverse du procédé en trois étapes. À la suite de la récupération du Zn et du Cu sous forme de sulfures à un pH de 3,5 au cours de la première étape, on a procédé à la neutralisation par la chaux accompagnée d’aération à un pH de 9,5 qui a été effectuée simultanément pour précipiter le fer et les ions métalliques résiduels et pour produire un effluent de qualité acceptable en une seule étape.

Les résultats obtenus dans le cadre des ces études sont les suivants :

Partie I - Étude réalisée par McGill :

1. En présence de chaux, le fer contenu dans le DMA peut être entièrement récupéré sous forme d’hydroxyde ferrique à un pH de 3,5 après oxydation au H2O2. La teneur en matières solides de la boue décantée se situe entre 6 et 8 %.

2. L’emploi de DDA au cours de la première étape en vue de réduire la précipitation simultanée d’autres ions métalliques dans la boue d’hydroxyde ferrique a quelque peu amélioré la récupération subséquente du Zn. Toutefois, la décantation des précipités à toutes les étapes s’est avérée moins fructueuse et la teneur en métaux pouvant faire l’objet de lixiviation dans la boue de fer a augmenté. Par conséquent, l’emploi de DDA n’est pas recommandé pour ce procédé.

3. La boue de fer a nécessité plusieurs cycles de lavage afin de récupérer les métaux pouvant faire l’objet de lixiviation.

4. La récupération sélective du Zn et du Cu a été réalisée au moyen de Na2S, de H2S ou de NaHS au cours de la deuxième étape. La sélectivité Zn/Cu dépend dans une large mesure du pH (p. ex. 3,5) et de l’agent réactif alcalin (p. ex. le NaOH) employé pour régulariser le pH. Ainsi, à mesure que la récupération du Zn et du Cu s’accroît avec l’augmentation du pH, la teneur en Zn et en Cu de la boue diminue.

5. On peut récupérer plus de 90 % du Zn et obtenir une teneur en Zn de plus de 50 % à un pH de 4,5 lorsqu’on utilise de la chaux et du Na2S pour régulariser le pH et précipiter le Zn.

6. On a évalué le H2O2, le O3 et le trapzène (mélange de CaO2 et de CaO; le brevet est en cours d’obtention par la FMC Corp.) à titre d’agents oxydants du Fe. Le O3 a été techniquement considéré comme le plus efficace de tous lorsqu’il a été utilisé en quantités stoechiométriques.

7. Le traitement à la chaux du déversement à partir de la deuxième étape à un pH de 9,5 a permis d’obtenir un effluent dont la qualité est semblable à celle obtenue par le procédé classique de neutralisation par la chaux.

Partie II - Étude du CTN :

1. Le procédé de McGill a été examiné de façon plus approfondie dans l’ordre inverse et comme un procédé en deux étapes. Dans le procédé en deux étapes, la récupération du Zn et du Cu sous forme de sulfures à un pH de 3,5 a été effectuée et suivie par l’oxydation du fer par l’air et la précipitation en présence de chaux à un pH de 9,5. Pour ce procédé, de grandes quantités de Na2S sont requises (p. ex. des exigences stoechiométriques de 3 à 4x) et des difficultés techniques sont survenues pendant la séparation de la boue riche en Zn.

2. De tous les procédés chimiques étudiés, le procédé en deux étapes a produit le précipité de fer le moins contaminé et a permis de récupérer la plus grande quantité de Zn. En outre, ce procédé n’a pas produit de boues nécessitant une évacuation particulière. Toutefois, la teneur en Zn du précipité était d’environ 30 %.

3. L’oxydation biologique pourrait ioniser le fer, mais la durée requise de rétention est seulement de deux à six jours. En matière de coûts, l’oxydation biologique semble être moins coûteuse d’au moins un ordre de grandeur comparativement aux méthodes chimiques.

4. Bien que l’utilisation de CaCO3 ait produit le précipité de Fe(OH)3 le moins contaminé et ce, à un coût moindre d’un ordre de grandeur par rapport aux autres produits chimiques mis à l’essai, il faut toujours oxyder le fer avant la précipitation.

5. Nous avons étudié l’aspect économique de chaque procédé et les agents oxydants employés. Le coût de chaque procédé a été comparé aux coûts des procédés suivis à l’usine de traitement de neutralisation par la chaux des Mines Gallen, site du DMA employé dans les essais. La méthode la plus coûteuse s’est avérée la précipitation en trois étapes du ZnS alors que la moins coûteuse est celle du procédé CaCO3/NaOH en deux étapes.

6. Le recours à l’ion PO4 (-3) pour éliminer de façon sélective le fer ferrique à la suite de la cémentation du cuivre et du fer et pour précipiter le zinc en présence de chaux a également été étudié. Nous avons constaté que le procédé n’est ni techniquement ni chimiquement réalisable.

7. Les exigences relatives à l’assèchement de chaque précipité produit à l’une ou l’autre des étapes des procédés ont été déterminées. Les précipités de ZnS ont nécessité une floculation, une décantation du clarificateur et un bon filtrage (p. ex. au moyen d’un filtre-presse).

Les procédés étudiés entraînent des coûts relativement élevés en comparaison du traitement classique à la chaux. En particulier, les coûts des agents réactifs chimiques aux sulfures et du H2O2 sont très élevés. Par conséquent, des recherches ultérieures visant à maximiser les schémas simplifiés de traitement ne sont pas recommandées, à moins qu’elles ne portent sur de nouvelles notions réduisant considérablement les coûts ou les étapes de la séparation solide/liquide.

Quelques solutions de remplacement ont été proposées pour élaborer un schéma simplifié de traitement du procédé. Ces solutions devraient être étudiées de plus près. Voici les solutions proposées par ordre de priorité :

I. Après la réduction de tout le fer du DMA en fer ferreux en présence de SO2, faire précipiter le ZnCO3 au cours de la première étape, puis oxyder le fer en présence d’air et précipiter le fer et les autres ions métalliques résiduels en présence de chaux.

II. Étudier le procédé de la réduction biologique du sulfate ou une combinaison de procédés biologiques et chimiques.

III. Étudier la lixiviation sélective du Zn à partir de boues de chaux à titre de solution de remplacement possible. En particulier, la boue produite à partir du procédé en deux étapes du CTN devrait faire l’objet d’une étude, étant donné sa propriété d’absorption simultanée. Le Zn récupéré par lixiviation sélective à partir des boues peut précipiter ultérieurement avec du Na2CO3.

Il devrait être tenu compte, dans tout nouveau procédé, de l’obtention d’un produit final jugé acceptable et ce dernier devrait pouvoir être recyclé dans un four de grillage du Zn, dans un concentrateur de Zn ou dans le circuit Pb.