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http://www.congosciences.org 70 CONGOSCIENCES CONGOSCIENCES VOLUME 7| NUMBER 2

http://www.congosciences.org 70 CONGOSCIENCES CONGOSCIENCES VOLUME 7| NUMBER 2 | JULY 2019 © 2017 ACASTI and CEDESURK Online Journal. All rights reserved Congo Sciences Journal en ligne de l’ACASTI et du CEDESURK ACASTI and CEDESURK Online Journal ISSN: 2410-4299, an International Journal Lixiviation Simultanée du Cuivre et Cobalt dans le Système CuFeS2-Fe3O4-Co2O3 régie par la boucle Fe2+- Fe3+ MBUYA ILUNGA Bienvenu*1, TSHIBANDA NTAKAMUTSHI Patrick2, MUHUNGU TSHUYI Symphorien1, KAWAMA NGOIE Francis1, KASONGO KALENGA Gigi2, NKULU WA NGOIE Guy3 Paper History Received: December 28, 2018 Revised: March 03, 2019 Accepted: May 16, 2019 Published: July 27, 2019 Keywords: Leaching, sulphide ore, oxidized ore, Fe3+/ Fe2+, oxidant, reductant. ABSTRACT Simultaneous Leaching of Copper and Cobalt in The Cufe S2-Fe3O4-Co2O3 System Governed by the Fe2+ - Fe3+ loop The current technological and economic constraints impose the development of efficient and eco- friendly processes for the simultaneous treatment of sulphide and oxidized ores. This work investigated the simultaneous extraction of copper and cobalt from the ternary chalcopyrite-magnetite-heterogenite system (CuFeS2-Fe3O4-Co2O3) without the addition of oxidizing and reducing reagents. The redox pair (Fe3+/Fe2+), called loop Fe3+-Fe2+, created and maintained in the reaction medium served to make this simultaneous leaching possible. The following parameters were considered: acidity (75, 204, 332 and 460 g/L), temperature an (25, 40, 60 and 80°C), and mass of iron oxide (8, 16, 24, 32 g). The copper and cobalt solubilization yields obtained were 89.93% and 95.72% at 32 g and 80 ° C. The results showed that solubilization of cobalt was not influenced by temperature. 1Département de Métallurgie, Faculté Polytechnique, Université de Likasi, B.P. 1946, Likasi, Haut-Katanga, R. D. Congo. 2Département de Chimie Industrielle, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, B.P. 1825, Lubumbashi, Haut -Katanga, R. D. Congo. 3Département de Métallurgie, Faculté Polytechnique, Université de Lubumbashi, B.P. 1825, Lubumbashi, Haut -Katanga, R. D. Congo. * To whom correspondence should be addressed: mbuya.bienvenu@gmail.com INTRODUCTION L'utilisation croissante du cobalt en raison de la demande accrue dans les technologies de stockage d'énergie crée un environnement dans lequel le traitement amélioré des minerais cobaltifères peut faire gros impacts [MBUYA et al., 2018a]. Par ailleurs, l'industrie métallurgique est confrontée à de défis majeurs pour l’extraction des métaux, en particulier la nécessité d'extraire les ressources naturelles d'une manière durable et écologiquement acceptable tout en répondant aux objectifs économiques sur des marchés volatils. L'utilisation de minerais à faible teneur avec des minéralogies de plus en plus complexes, la rareté de l'eau, et la gestion des résidus sont aussi des problèmes résurgents. L’hydrométallurgie, et en particulier le procédé de lixiviation, n’en est pas épargnée. Il est donc possible de relever certains de ces défis avec le développement continu des technologies prometteuses comme alternative aux procédés conventionnellement utilisés pour le traitement des minerais mixtes. La région de Copperbelt abrite l'une des plus grandes réserves de Cu et de Co au monde [USGS, 2014 ; DECREE et al., 2015], avec une variabilité minéralogique entre les différents gisements de la région, et parfois même dans le même gisement [HITZMAN et al., 2005 ; SELLEY et al., 2005]. Cette variabilité de la minéralogie dans un gisement entraîne habituellement des réponses différentes au cours du traitement métallurgique [MBUYA et al., 2018a]. Certains minéraux de cuivre et de cobalt comme la malachite (Cu2CO3(OH)2), l'azurite (Cu3(CO3)2(OH)2), et la kolwezite ((Cu, Co)2(CO3)(OH)2) sont facilement lessivés dans des conditions acides. D’autres minéraux tels que l'hétérogénite (CoO(OH)), l'asbolane ((Ni,Co)2-xMn4+(O,OH)4.nH2O), et la chrysocolle (Cu₂H₂Si₂O₅(OH)₄) nécessitent des conditions plutôt particulières avec la présence d'agents réducteurs ou d'acides forts pour leur lixiviation [KIME et MAKGOALE, 2016; NTAKAMUTSHI et al., 2017]. La lixiviation de Cu et Co devient encore plus difficile lorsqu'ils sont enfermés dans des minéraux de gangue réfractaires tels que les argiles et les micas. Néanmoins, l’usage des réactifs oxydants ou réducteurs est une des solutions thermodynamiquement prouvées à ce processus de lixiviation [PHILIBERT et al., 2002]. Les agents réducteurs communément utilisés pour dissoudre le cobalt trivalent comprennent les ions ferreux et le dioxyde de soufre [FERRON, 2008 ; MBUYA et al., 2017a ; NTAKAMUTSHI et al., 2017]. Les équations (1-2) décrivent les réactions de réduction-libération du Co (III) en milieu acide sulfurique par le SO2 et Fe2+, respectivement. Co2O3+H2SO4+SO2 → 2CoSO4+H2O ∆G à 25°C = -79.042 kCal/mol (1) Co2O3+ 3H2SO4+ 2FeSO4 → 2CoSO4+ Fe2(SO4)3 + H2O ∆G à 25°C = - 81.227 kCal/mol (2) http://www.congosciences.org 71 ARTICLE ARTICLE CONGOSCIENCES VOLUME 7 | NUMERO 1 | MARS 2019 CONGOSCIENCES VOLUME 7| NUMBER 2 | JULY 2019 © 2017 ACASTI and CEDESURK Online Journal. All rights reserved Bien que la lixiviation réductrice des minerais de cobalt (Co3+) soit maintenant bien établie dans l'industrie minière Cu-Co, avec des rendements de dissolution en réacteur cuve agitée supérieurs à 95% Co, le processus est confronté à quelques problèmes dont une consommation de SO2 élevée en raison de l'inefficacité de transfert de SO2 dans les pulpes et les risques pour l'environnement et la sécurité du personnel associés aux émissions de SO2 gazeux [FERRON, 2008]. Un excès de SO2 affecte aussi négativement le rendement du Cu en le précipitant sous forme de sel de Chevreuilt (CuSO3.Cu2SO3.2H2O) [FERRON, 2006 ; FERRON, 2008 ; NTAKAMUTSHI et al., 2017]. L’utilisation des ions ferreux comme réducteur du Co (III) est une bonne alternative au SO2 étant donné qu’il est non polluant, bon marché et, du point de vue métallurgique, il ne conduit pas aux pertes du Cu. Par ailleurs, la minéralogie des minerais sulfurés est aussi très complexe. Les différents centres miniers et carrières recèlent une grande diversité d’espèces minérales. Dans la ceinture cuprifère congolaise, on y trouve carrollite (CuCo2S4), siegenite ((Ni,Co)3S4) et linnaeite (Co2+Co3+2S4) sont les minéraux primaires de minerais de cobalt les plus abondants. La chalcopyrite (CuFeS2), la bornite (Cu5FeS4), la chalcosine (Cu2S), la covellite (CuS) sont les principaux minéraux de cuivre, la sphalérite (ZnS) pour le zinc. On y retrouve également en quantité abondante la galène (PbS) et la pyrite (FeS2) [INTIOMALE, 1982 ; DECREE et al., 2015]. Comme pour l’hétérogénite, la chalcopyrite et la carrollite sont particulièrement réfractaires ; même en présence d’un oxydant, elles se lixivient difficilement. De nombreuses études ont porté sur la lixiviation de la chalcopyrite, les causes de la réfractairité seraient la formation d’une couche passive de Jarosite sur la surface ou la formation d’une couche cohérente de soufre qui inhiberait le transfert des matières [STOTT et al., 2000 ; ROMANO et al., 2001 ; DREISINGER, 2006 ; PRADHAN et al., 2008]. En ce qui concerne la carrollite, très peu d’études y ont été consacrées [RISPENS, 2005 ; TELLING et LAAN, 2008 ; NKULU et al., 2013, 2015]. Parallèlement, les sulfures présentent un enjeu environnemental majeur dû à l’instabilité physique et chimique des rejets lorsqu’ils sont exposés à l’action de l’oxygène atmosphérique et l’eau de pluie, ils peuvent générer le drainage minier acide (DMA) [BENZAAZOUA et al., 2004 ; MBUYA et al., 2018b]. Dans cette étude, l’emphase est mise sur l’implication du couple redox Fe2+/Fe3+ dans la solubilisation de deux métaux de valeurs, le cuivre et le cobalt, dans un système ternaire. Le rôle de ce couple dans un système binaire biotique a déjà fait l’objet d’une étude aux conclusions satisfaisantes [ZEKA et al., 2015]. Le cas du système ternaire n’a pas encore été abordé. La mise en solution du Co (III) présent dans l’hétérogénite est réalisée par lixiviation réductrice utilisant des ions ferreux générés lors de la mise en solution de la chalcopyrite. La chalcopyrite nécessite quant à elle la présence des ions ferriques, ces derniers proviennent de la mise en solution des oxydes de fer. De ce fait, la mise en solution simultanée du Cu et Co dépendant de la boucle Fe3+-Fe2+ serait envisageable. Etant donné la richesse et la diversité de la minéralisation du Copperbelt congolais, vu les contraintes environnementales et économiques, cette étude a pour objectif de contribuer au développement des procédés efficients et respectueux de l’environnement pour le traitement simultané des minerais sulfurés et oxydés. MATERIEL ET METHODES Origine, Caractérisation et Préparation des échantillons Le système des minéraux étudiés CuFeS2-Fe3O4- Co2O3 est un composite. Il est constitué d’échantillons provenant de plusieurs origines aux minéralogies spécifiques. Le premier échantillon est un minerai sulfuré dont la chalcopyrite (CuFeS2) est le minéral prédominant constituant, dans ce cas précis, la source principale du cuivre. L’échantillon de chalcopyrite provient de la mine souterraine de Kipushi située à 30 km de la ville de Lubumbashi dans le Haut-Katanga en R.D.-Congo. Le deuxième échantillon est un minerai oxydé de cobalt dont l’hétérogénite (aCoO.bCo2O3.cCuO.dH2O) constitue la source principale du cobalt (sous la forme Co2O3). L’hétérogénite est issue de Tilwezembe dans la ville de Kolwezi à 300 km de la ville de Lubumbashi, dans la province du Lualaba. Le troisième échantillon est constitué d’oxydes de fer, constituant la source de fer et se trouvant sous forme de magnétite (Fe3O4) et de limonite (Fe2O3.nH2O.pFeO(OH)nH2O). Le minerai de fer, quant à lui, provient d’un gisement de fer situé le long de la route Kambove à environ 18 km de la ville de Likasi, soit environ 7 km du territoire minier de Kambove. L’analyse chimique des solides a été faite au spectromètre d’absorption atomique uploads/Science et Technologie/ les-reactions-de-la-lixiviation.pdf