CHAPITRE 2 : UNE INTRODUCTION À L'EXPLOITATION MINIÈRE

Les projets miniers impliquent généralement l'extraction de minéraux du sol et la séparation des différents minéraux. L'extraction s'effectue généralement dans une mine à ciel ouvert ou souterraine, tandis que la séparation des minéraux a lieu dans une usine de traitement. Un aspect important de l'exploitation minière, qui fait l'objet d'une attention accrue, concerne les types de stériles produits, leur quantité et leur gestion à court et à long terme. Un processus minier se déroule souvent en plusieurs étapes. Dans un premier temps, le matériau du sol est extrait, puis les minéraux sont libérés, séparés et concentrés. La nature de ces étapes varie en fonction de la composition, de la dureté et de la texture de la roche, de la géométrie et de la localisation du minerai, de l'environnement local, des exigences légales et économiques, et d'autres considérations. Une explication générale de ces étapes et de leurs différentes méthodes est donnée dans ce chapitre.

Exploitation minière

Au début d'un projet minier, la zone doit d'abord être déblayée de la terre végétale pour atteindre le substrat rocheux. Ce matériau est appelé mort-terrain, et un décapage est effectué pour l'éliminer. Le sol peut être utilisé dans la mine, par exemple pour la construction de routes ou d'autres infrastructures. Dans certaines mines, le mort-terrain fait également partie des ressources minérales.

Des explosifs sont utilisés pour briser et fragmenter le minerai et les stériles. Des trous peu profonds sont forés et remplis d'explosifs qui réduisent la roche en miettes. C'est ce qu'on appelle le forage et le dynamitage. La roche dynamitée est récupérée par des excavateurs et généralement transportée par camions. Les roches molles, le mort-terrain ou autres matériaux mous peuvent être libérés et excavés sans forage ni dynamitage, parfois avec des équipements d'exploitation minière continue ou, plus rarement, également par des méthodes hydrauliques (eau à haute pression).

Pour atteindre le minerai, il faut extraire la roche environnante avec une concentration plus faible en minéraux de valeur. Cette roche est appelée stérile. Les stériles sont transportés hors de la mine et déposés en tas ou haldes.

La quantité de stériles produite par rapport à la quantité de minerai produite est appelée taux de décapage ou rapport linéaire de découverte. Par exemple, un taux de décapage de 2:1 signifie qu'il faut extraire 2 tonnes de stériles pour extraire 1 tonne de minerai. Le taux de décapage dépend de plusieurs facteurs, tels que la profondeur et la géométrie du gisement, la méthode d'extraction utilisée, ainsi que la composition et la stabilité de la roche.

Excavateurs chargeant du minerai et des stériles sur des camions. Les camions transportent environ 150 tonnes.

Vers l'usine de traitement

Le minerai est transporté par camion ou par convoyeur jusqu'à une usine de traitement, souvent située dans la zone minière. Dans cette usine, les minéraux de valeur sont libérés, séparés et concentrés pour obtenir un produit destiné à la vente et au raffinage ultérieur. Ce produit peut être un concentré d'un ou plusieurs minéraux de valeur, ou encore des plaques métalliques issues de l'électroextraction ou du métal provenant d'une fonderie.

Le minerai envoyé à l'usine de traitement est composé de minéraux du minerai, minéraux de valeur ainsi que des minéraux de gangue (tous les autres minéraux). Les minéraux appartenant au minerai et les minéraux de gangue sont séparés dans l'usine de traitement. Les minéraux du minerai deviennent le produit, tandis que les minéraux de gangue sont transférés sous forme de résidus vers un bassin à résidus ou installation de stockage de résidus. Les résidus sont, avec les stériles, les deux principaux types de déchets miniers. Les minéraux de gangue constituent généralement la plus grande partie du gisement.

Concassage et broyage

Le traitement des minéraux nécessite généralement la réduction de la granulométrie du minerai, un processus appelé comminution, suivi de la séparation des minéraux du minerai et de gangue, puis de la concentration des minéraux du minerai. Le minerai extrait est déversé dans un concasseur qui concasse la roche extraite de la mine en morceaux plus petits, généralement des petites pierres ou du gravier. Ce matériau est ensuite transporté vers un broyeur pour réduire encore la granulométrie et produire du sable fin ou de la poudre. Une méthode courante de broyage de la roche concassée consiste à utiliser de grands tambours rotatifs équipés de boulets métalliques pour broyer la roche en fines particules et séparer les minéraux du minerai et de gangue. Le broyage est l'une des étapes les plus énergivores de l'exploitation minière, représentant la majeure partie de la consommation d’énergie d'une mine.

Séparation et concentration

Il existe quatre méthodes importantes pour séparer le minerai et les minéraux de gangue et pour concentrer ces derniers :

La séparation magnétique est utilisée pour séparer les minéraux magnétiques des minéraux non magnétiques à l'aide de grands aimants rotatifs. La séparation magnétique permet d'éliminer les minéraux de gangue magnétique ou, dans le cas de l'extraction du minerai de fer, de séparer le minerai magnétique en un concentré de magnétite (Fe₃O₄).

La séparation par gravité utilise les différences de densité pour séparer les minéraux lourds des minéraux plus légers. L'orpaillage est une méthode de séparation par gravité qui consiste à secouer et rincer le gravier et le sable d'une rivière dans une batée pour en extraire les particules légères, tandis que l'or lourd s’enfonce au fond de la batée. Dans une grande usine de traitement, la séparation par gravité s'effectue dans des cyclones, des spirales et sur des tables vibrantes, utilisant de l'eau et parfois des produits chimiques.

La flottation est une technique courante pour séparer les minéraux sulfurés des autres minéraux dans une série de cuves de flottation. De nombreux métaux sont présents dans des minéraux sulfurés. La flottation sépare les matériaux hydrophobes (repoussés par l'eau) des matériaux hydrophiles (attirés par l'eau). La séparation est améliorée par l'ajout de réactifs chimiques à l'eau, de tensioactifs et d'agents mouillants, ce qui permet à certains minéraux de se fixer aux bulles d'air dans les cuves de flottation. L'air est pompé dans les cuves de flottation, créant une mousse de bulles d'air et de concentré minéral.

La lixiviation chimique utilise des solutions acides, alcalines ou cyanurées pour dissoudre les minéraux. La lixiviation acide des minéraux oxydés en cuves ou sur de grands tas de roche concassée (lixiviation en tas), la lixiviation au cyanure du minerai d'or et la lixiviation alcaline de l'uranium sont des variantes courantes de la lixiviation chimique. Lors de la lixiviation en tas, une solution acide, alcaline ou cyanurée est saupoudrée sur de grands tas de minerai. La solution percole à travers le tas, dissolvant les minéraux du minerai et les minéraux de la gangue. La solution acide (solution mère ou liqueur mère) est recueillie à la base du tas et transférée à un processus de récupération des métaux en solution. Après l’enlèvement des métaux désirés, la solution stérile est recyclée vers le circuit de lixiviation. La lixiviation en cuves permet de traiter de plus petits volumes de minerai, tandis que la lixiviation à haute pression est une méthode utilisant la haute pression et la chaleur pour accélérer la dissolution des minéraux. Le produit de la lixiviation chimique peut être un précipité ou une boue destinée à un raffinage ultérieur, ou des plaques métalliques provenant d'une usine d'électroextraction. Cette usine extrait les métaux de la solution par électrolyse. Les déchets issus de la lixiviation chimique peuvent être des plaques de lixiviation, des limons, des boues et des résidus contenant des minéraux de gangue, des minéraux résiduels et secondaires, ainsi que du cyanure résiduel ou d'autres réactifs. Le terme biolixiviation désigne les opérations de lixiviation où des bactéries accélèrent le processus.

Déchets et produits issus du traitement des minéraux

L'exploitation minière produit généralement deux types de déchets, en grandes quantités : les stériles et les résidus de traitement. Les stériles proviennent de l'extraction du minerai d'une mine à ciel ouvert ou souterraine. Les résidus constituent le principal déchet issu du traitement des minéraux. Après séparation, deux flux de matériaux se forment : un concentré et les résidus. Les résidus, le matériel résiduel du processus d'enrichissement, se composent d'une boue limoneuse fine à forte contenu en eau. Les processus miniers ne sont jamais efficaces à 100 % et des résidus des minéraux désirés sont toujours présents dans les résidus. Selon la composition du minerai et le milieu environnant, les résidus peuvent contenir des minéraux potentiellement nocifs pour l'environnement par libération de métaux ou d'autres éléments. Les résidus sont généralement déposés dans un bassin à résidus ou installation de stockage de résidus (ISR, en anglais « Tailings Storage Facility » ou TSF). Ce point sera expliqué plus en détail aux chapitres 4 et 12.

Un concentré de minerai doit souvent subir un traitement supplémentaire avant d'être vendu à l'industrie manufacturière. Le concentré peut avoir une teneur en métal allant de grammes par tonne (or et argent) à des pourcentages massiques (métaux de base et fer). Dans le cas des minerais de fer, la teneur peut atteindre 75 % massiques. Le traitement du concentré s'effectue souvent en fonderie, où la chaleur est utilisée pour extraire une partie des métaux de la masse fondue. Ce procédé produit des scories (déchets) et des lingots (morceaux métalliques). Des méthodes hydrométallurgiques ou électrométallurgiques peuvent également être utilisées pour traiter le concentré, souvent par extraction par solvant et électroextraction (SX/EW).

Fermeture de mine

Lorsque l'exploitation minière cesse, par exemple lorsque le minerai diminue, la mine entre dans une période de fermeture. Cela signifie qu'elle est déclassée et assainie. L'assainissement de la mine vise à assurer la stabilité physique, chimique et biologique à long terme du site afin de minimiser les risques environnementaux et sanitaires potentiels. La fermeture et la réhabilitation d'une mine consistent à rétablir le site minier dans un état écologique et une fonction semblable à ceux d'avant l'exploitation, ou à lui redonner une fonction écologique et une utilisation des terres bénéfiques pour la nature et l'homme. La fermeture et réhabilitation de mine sont planifiées avant le début de l'exploitation, et le processus et la méthode de fermeture sont guidés par des objectifs à court et à long terme fixés par toutes les parties prenantes.

> Chapitre 3 : Exploitation minière et environnement

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