Introduction du charbon actif pour l’extraction de l’or

 Une révolution dans la récupération de l’or
L’introduction du charbon actif pour l’extraction de l’or à la fin du XIXe et au début du XXe siècle a été l’une des avancées technologiques les plus significatives de l’industrie minière. Elle a rendu les méthodes plus anciennes, plus coûteuses et plus dangereuses (comme l’amalgamation au mercure) largement obsolètes pour les opérations à grande échelle et a permis de traiter économiquement des minerais à faible teneur, remodelant ainsi radicalement le marché mondial de l’or.

1. Qu’est-ce que le charbon actif ?
Le charbon actif est une forme de carbone très poreuse avec une surface interne immense. Un seul gramme peut avoir une surface de 500 à 1500 mètres carrés (soit à peu près la taille de deux terrains de football). Cette surface considérable est créée par un processus d’« activation », où une matière première riche en carbone (comme les coques de noix de coco, le charbon ou le bois) est chauffée à haute température en présence de vapeur ou de produits chimiques, créant un réseau complexe de pores microscopiques.

Cette structure fait du charbon actif un excellent adsorbant – un matériau qui attire et retient les molécules à sa surface.

2. Le principe clé : L’adsorption du cyanure d’or
L’extraction industrielle moderne de l’or utilise principalement une solution diluée de cyanure pour lessiver l’or du minerai broyé. L’or réagit avec le cyanure et l’oxygène pour former un ion complexe stable et soluble dans l’eau : le dicyanoaurate ([Au(CN)₂]⁻).

Le rôle fondamental du charbon actif est d’adsorber ce complexe or-cyanure de la solution. La surface du charbon, chargée positivement, attire les ions [Au(CN)₂]⁻ négativement chargés, qui s’insèrent alors parfaitement dans les micropores du carbone et y sont maintenus par des forces physiques et chimiques.

3. Les principaux procédés utilisant le charbon actif
Il existe deux configurations principales pour utiliser le charbon actif dans la récupération de l’or :

A. Charbon en pulpe (Carbon-in-Pulp – CIP)
C’est la méthode la plus courante pour traiter les minerais ne contenant pas de matière carbonée qui pourrait adsorber prématurément l’or.

• Lixiviation : Le minerai broyé est mélangé à la solution de cyanure dans une série de grandes cuves (agitateurs) pour dissoudre l’or.

• Adsorption : Après la lixiviation, la pulpe de minerai (un mélange de fines particules de minerai et de solution) passe à travers une série de cuves. Chaque cuve contient des granules de charbon actif, maintenus en suspension par des agitateurs. Le charbon circule à contre-courant du flux de pulpe, la solution « chargée » (riche en or) rencontrant le charbon le plus frais, et la solution « stérile » (appauvrie en or) rencontrant le charbon presque saturé.

• Séparation : Le charbon, maintenant chargé d’or, est séparé de la pulpe à l’aide de tamis vibrants.

B. Charbon en lixiviation (Carbon-in-Leach – CIL)
Le CIL est utilisé lorsque le minerai contient du carbone naturel (appelé minerai « preg-robbing »), qui concurrencerait le charbon actif et causerait des pertes d’or.

• Procédé combiné : Dans le CIL, la lixiviation et l’adsorption se produisent simultanément dans la même série de cuves. Le charbon actif est ajouté directement dans les cuves où se déroule la lixiviation au cyanure.

• Avantage : Le charbon actif adsorbe le complexe d’or dès qu’il est dissous, le « soustrayant » ainsi au carbone naturel présent dans le minerai, empêchant ainsi la perte d’or.

4. Le cycle d’élution et de régénération : Récupérer l’or
Une fois que le charbon actif est chargé d’or, il doit être désorbé et régénéré pour être réutilisé. C’est un processus en plusieurs étapes :

• Lavage acide : Le charbon chargé est traité avec une solution acide chaude pour éliminer les contaminants inorganiques comme les dépôts de carbonate de calcium.

• Élution (Désorption) : L’or est désorbé du charbon. La méthode la plus courante est le procédé AARL (Anglo American Research Laboratories) ou le procédé Zadra. Cela consiste à faire circuler une solution chaude (100-130°C) d’hydroxyde de sodium et de cyanure à travers le charbon sous pression. Cet environnement à haute température et pH élevé inverse le processus d’adsorption, arrachant l’or du charbon et le concentrant dans un petit volume de solution.

• Électro-extraction (Electrowinning) : La solution d’éluat riche est pompée à travers des cellules contenant des cathodes en laine d’acier. Un courant électrique est appliqué, provoquant le dépôt de l’or (et d’autres métaux comme l’argent) sur la laine d’acier.

• Fusion : La laine d’acier, maintenant recouverte d’or, est séchée, mélangée à des fondants et fondue dans un four à plus de 1000°C pour produire une barre de doré (or impur).

• Régénération thermique : Le charbon désorbé, maintenant « mort » et encrassé par des matières organiques, est réactivé dans un four de régénération. Il est chauffé à ~700°C dans une atmosphère contrôlée, pauvre en oxygène, pour brûler les contaminants organiques et restaurer sa structure poreuse et son activité. Il est ensuite trempé et prêt pour un nouveau cycle.

5. Avantages de l’utilisation du charbon actif

• Haute efficacité : Capable de récupérer plus de 99% de l’or dissous en solution.

• Sélectivité : Il a une forte affinité pour le complexe or-cyanure par rapport aux autres complexes de métaux de base.

• Rentabilité : Le charbon est robuste et peut être régénéré et réutilisé des centaines de fois.

• Simplicité et sécurité : Le processus est relativement simple à utiliser et est plus sûr que les anciennes méthodes comme la précipitation au zinc ou l’amalgamation au mercure.

• Gère les solutions « sales » : Il est plus tolérant aux impuretés comme les solides en suspension par rapport à d’autres méthodes.

6. Défis et considérations

• Usure du charbon (Attrition) : L’usure physique provoque la dégradation du charbon en fines particules, qui sont perdues. C’est un coût opérationnel majeur.

• Colmatage (« Blinding ») : Les composés organiques, les huiles ou le carbonate de calcium peuvent recouvrir la surface du charbon, bloquant les pores et réduisant son efficacité.

• Minerais « Preg-Robbing » : Comme mentionné, nécessite le procédé CIL plus complexe.

• Sécurité : Le charbon chargé, de grande valeur, doit être soigneusement suivi et sécurisé pour prévenir le vol.

Conclusion
Le charbon actif est la pierre angulaire de l’industrie minière aurifère moderne. Sa capacité inégalée à capter sélectivement et efficacement l’or des solutions de lixiviation au cyanure de manière sûre, rentable et recyclable en a fait une technologie indispensable. Des circuits CIP/CIL à la colonne d’élution et au four de régénération, le charbon actif est le pilier central qui permet l’extraction économique de l’or à l’échelle mondiale.