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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

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• 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



Une présentation forcément partielle

4

• Evaluation de gisements

• Techniques d’exploitation

• Techniques de traitement



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


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• Modélisation par un processus de

Poisson hétérogène, appliqué sur

une carte de potentiel


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


8

(h)

(h)

(h)


9

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

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• 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


13

• Modélisation de la propagation d’une onde de cisaillement dans un

milieu hétérogène


14

• Modélisation de la propagation d’une onde de cisaillement dans un

milieu hétérogène


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


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Nouvelle PDF prenant en compte les incertitudes du modèle de vitesse

PDF standard pour un seul modèle de vitesse


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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


19

Steal arch

France : intersection taille-voie


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• 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

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• 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

Techniques d’abattage

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• Abattage au jet d’eau à haute pression

• Bore hole mining et Jet Boring

Géomécanique et stabilité à grande échelle

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• 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

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• 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

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• 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


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• La méthode ISR


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• 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 + + +


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• 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


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)


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


31

Teneur en U des jus des puits producteurs

Production cumulée d’uranium

Techniques de traitement de minerais

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• 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


• 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


• 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

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• 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

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• 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

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• 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

Merci de votre attention

10 juin 2014

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