ETUDE PREDICTIVE DU RENDEMENT DE PRECIPITATION DU COBALT DES IMPURETES ET DE LA CONSOMMATION DE LA MAGNESIE LORS DU DECOBALTAGE PRIMAIRE

Cette recherche explore l’optimisation du processus de décobaltage primaire pour un minerai cupro-cobaltifère de Tenke Fungurume Mining. L’étude développe un outil mathématique et graphique d’aide à la décision visant à maximiser le rendement de précipitation du cobalt tout en minimisant la coprécipitation des impuretés et la consommation de magnésie. La modélisation utilise un plan composite centré avec cinq niveaux pour chaque facteur (pH, température, pourcentage solide). Les résultats identifient les influences spécifiques des facteurs sur la précipitation des différents métaux et la consommation de magnésie.

Université de Lubumbashi
Faculté Polytechnique
Département de chimie industrielle
Diplôme de Bachelier en Science de l’ingénieur
Project presentation
Étude Prédictive du Rendement de Précipitation du Cobalt, des Impuretés et de la Consommation de la Magnésie lors du Décobaltage Primaire

Présenté par l’ÉtudiantKAUMBA KALUMENDE Nathan
Supervisé par: Prof. Emérite ILUNGA NDALA
JANVIER 2024

Ce travail présente les résultats d’une étude prédictive du rendement de précipitation du cobalt, des impuretés et de la consommation de la magnésie lors du décobaltage primaire pour un cas d’un minerai cupro-cobaltifère de Tenke Fungurume Mining.

EPIGRAPHE
« Ce que nous appelons le hasard n’est et ne peut être que la cause ignorée d’un effet connu ».
Voltaire.
DEDICACE
À mes parents, Justin KASENGA et Nathalie KALUMENDE, Vous qui m’avez donné la vie, l’amour et l’éducation,
Vous qui m’avez soutenu, encouragé et guidé,
Vous qui m’avez transmis les valeurs de la science, du travail et de la persévérance, Vous qui avez cru en moi, en mes rêves et en mes projets,
Vous qui avez partagé mes joies, mes peines et mes espoirs, Vous qui avez été pour moi des modèles, des mentors et des amis,
Vous qui avez fait de moi ce que je suis aujourd’hui,
Je vous dédie ce travail, fruit de mes efforts et de ma passion, En témoignage de ma reconnaissance, de ma gratitude et de mon affection.
Nathan KAUMBA KALUMENDE
REMERCIEMENTS
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Dieu, qui m’a donné la force, la sagesse et la persévérance nécessaires pour réaliser ce travail.
À mon directeur, le professeur émérite Ilunga NDALA, je témoigne ma profonde reconnaissance pour m’avoir guidé, orienté et soutenu dans la réalisation de ce travail. Sa rigueur, sa compétence et sa générosité ont été pour moi un modèle et une inspiration.
À mon encadreur, le master ingénieur civil Gracien MUKENDI, je manifeste ma sincère gratitude pour m’avoir accompagné, conseillé et aidé tout au long de ce travail. Sa patience, sa disponibilité et son amabilité ont été pour moi un réconfort et une motivation.
À la société TENKE FUNGURUME MINING, je dis merci pour m’avoir offert l’opportunité de faire ce travail au sein de son établissement, et pour m’avoir fourni les moyens matériels et financiers nécessaires. Aux agents du laboratoire métallurgique et du process plant, notamment Mr. Didier KABANGE et Mr. Nelson MUTEB, j’exprime ma vive appréciation pour m’avoir encadré, formé et assisté tout au long de ce travail. Leur savoir-faire, leur expérience et leur gentillesse ont été pour moi une richesse et une chance.
À mes frères, sœurs, ami(e)s et connaissances : Amelia TSHIMANGA, Bonard BANZE, Danny DITONYO, Dinely KALUMENDE, Dieudonné TUKUMBANE, Dorcas LUKEYA, Elie LUMBWE, Elie SENGA, Etienne KABINDA, Eva MURUND, Héritier KAHITE, Isaac NANSA, Jehovanie MUSENGE, Odette MWADI, Pascal KABWE, Pauldise NKULI, Ruth VUMBI, Schadrack MUTULA, Schela KABEYA, Vainqueur KAWAYA, Vainqueur BANZA, Victoire KAMBERE, Yves NATSHIKWAYA, j’adresse mes remerciements pour avoir partagé avec moi les joies et les peines de cette aventure scientifique. Leur soutien moral et leur esprit de collaboration ont été pour moi un atout et une force.
TABLE DES MATIERES
RESUME I
ABSTRACT II
EPIGRAPHE III
DEDICACE IV
REMERCIEMENTS V
TABLE DES MATIERES VI
LISTE DES FIGURES IX
LISTE DES TABLEAUX X
LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES XI
INTRODUCTION 1
CHAPITRE I. DESCRIPTION DES USINES DE TENKE FUNGURUME MINING 2
• HISTORIQUE 2LOCALISATION GEOGRAPHIQUE 2MINERALOGIE 3DESCRIPTION DU CIRCUIT CUIVRE 4Concassage et broyage 6Lixiviation 6Décantation à contre-courant 8Neutralisation 8Extraction par solvant 8Électrolyse 9DESCRIPTION DU CIRCUIT COBALT 10Élimination du Fer, Aluminium et Manganèse 10Décuivrage 11Décobaltage 11
• HISTORIQUE 2
• LOCALISATION GEOGRAPHIQUE 2
• MINERALOGIE 3
• DESCRIPTION DU CIRCUIT CUIVRE 4Concassage et broyage 6Lixiviation 6Décantation à contre-courant 8Neutralisation 8Extraction par solvant 8Électrolyse 9
• Concassage et broyage 6
• Lixiviation 6
• Décantation à contre-courant 8
• Neutralisation 8
• Extraction par solvant 8
• Électrolyse 9
• DESCRIPTION DU CIRCUIT COBALT 10Élimination du Fer, Aluminium et Manganèse 10Décuivrage 11Décobaltage 11
• Élimination du Fer, Aluminium et Manganèse 10
• Décuivrage 11
• Décobaltage 11
CHAPITRE II. GENERALITES SUR LA PRECIPITATION DES METAUX ET LA MODELISATION PAR L’APPROCHE DES PLANS COMPOSITES 13
• GENERALITES SUR LA PRECIPITATION DES METAUX 13Equilibres de précipitation 13Précipitation 14Coprécipitation 14Paramètres qui influencent la précipitation 14Processus d’obtention des précipités métalliques 16MODELISATION PAR L’APPROCHE DES PLANS COMPOSITES 17Modélisation 17Modèle 18Méthodologie des plans composites 19
• GENERALITES SUR LA PRECIPITATION DES METAUX 13Equilibres de précipitation 13Précipitation 14Coprécipitation 14Paramètres qui influencent la précipitation 14Processus d’obtention des précipités métalliques 16
• Equilibres de précipitation 13
• Précipitation 14
• Coprécipitation 14
• Paramètres qui influencent la précipitation 14
• Processus d’obtention des précipités métalliques 16
• MODELISATION PAR L’APPROCHE DES PLANS COMPOSITES 17Modélisation 17Modèle 18Méthodologie des plans composites 19
• Modélisation 17
• Modèle 18
• Méthodologie des plans composites 19
CHAPITRE III. MATERIEL ET METHODES 25
• ECHANTILLONAGE ET ORIGINE DES ECHANTILLONS 25CARACTERISATION DES ECHANTILLONS 25ESSAIS DE PRÉCIPITATION DES HYDROXYDES METALLIQUES 25Réactifs utilisés 25PLANIFICATION DES ESSAIS DE PRECIPITATION 27Choix des facteurs expérimentaux 27Définition du domaine expérimental 28ESSAIS PROPREMENT DITS DE PRECIPITATION 30Conduite des essais 30Determination des reponses 34
• ECHANTILLONAGE ET ORIGINE DES ECHANTILLONS 25
• CARACTERISATION DES ECHANTILLONS 25
• ESSAIS DE PRÉCIPITATION DES HYDROXYDES METALLIQUES 25Réactifs utilisés 25
• Réactifs utilisés 25
• PLANIFICATION DES ESSAIS DE PRECIPITATION 27Choix des facteurs expérimentaux 27Définition du domaine expérimental 28
• Choix des facteurs expérimentaux 27
• Définition du domaine expérimental 28
• ESSAIS PROPREMENT DITS DE PRECIPITATION 30Conduite des essais 30
• Conduite des essais 30
• Determination des reponses 34
CHAPITRE IV. PRÉSENTATION ET ANALYSE DES RÉSULTATS 35
• RESULTATS DE LA CARACTERISATION CHIMIQUE DES ECHANTILLONS. 35Résultats de la caractérisation chimique des OF décuivrage 35Résultats de la caractérisation chimique de l’eau 36RESULTATS DES ESSAIS DE PRECIPITATION 36RESULTATS DE LA MODELISATION MATHEMATIQUE 39RESULTATS DE LA MODELISATION GRAPHIQUE 42Résultats du rendement de précipitation du cuivre 42Résultats du rendement de précipitation du cobalt 43Résultats du rendement de précipitation du fer 44Résultats de précipitation du manganèse 44Résultats du rendement de précipitation du magnésium 45Résultats du rendement de précipitation de l’aluminium 46Résultats de la consommation de la magnésie 46
• RESULTATS DE LA CARACTERISATION CHIMIQUE DES ECHANTILLONS. 35Résultats de la caractérisation chimique des OF décuivrage 35Résultats de la caractérisation chimique de l’eau 36
• Résultats de la caractérisation chimique des OF décuivrage 35
• Résultats de la caractérisation chimique de l’eau 36
• RESULTATS DES ESSAIS DE PRECIPITATION 36
• RESULTATS DE LA MODELISATION MATHEMATIQUE 39
• RESULTATS DE LA MODELISATION GRAPHIQUE 42Résultats du rendement de précipitation du cuivre 42Résultats du rendement de précipitation du cobalt 43Résultats du rendement de précipitation du fer 44Résultats de précipitation du manganèse 44Résultats du rendement de précipitation du magnésium 45Résultats du rendement de précipitation de l’aluminium 46Résultats de la consommation de la magnésie 46
• Résultats du rendement de précipitation du cuivre 42
• Résultats du rendement de précipitation du cobalt 43
• Résultats du rendement de précipitation du fer 44
• Résultats de précipitation du manganèse 44
• Résultats du rendement de précipitation du magnésium 45
• Résultats du rendement de précipitation de l’aluminium 46
• Résultats de la consommation de la magnésie 46
CONCLUSION ET PERSPECTIVES 48
BIBLIOGRAPHIE 49
ANNEXES 52
LISTE DES FIGURES
Figure I-1 : Géolocalisation des opérations de Tenke Fungurume Mining (Google earth) 3
Figure I-2 : Flowsheet général de l’usine de Kwatebala 5
Figure II-1 : Influence de la température sur la solubilité 15
Figure II-2 : Modèles, outils de connexion entre le monde des théories et le monde matériel (eduscol, 2019) 18
Figure II-3 : Systémique d’une boite noire (Yahiauoi , 2015) 20
Figure II-4 : Domaine d’étude d’un plan composite centré à trois facteurs (Goupy, et al., 2006)
. 20
Figure II-5 : Diagramme de surface 21
Figure III-1 : Préparation de l’hydroxyde de magnésium sur un agitateur magnétique 26
Figure III-2 : Schéma du montage expérimental (Kaumba, 2023) 30
Figure III-3 : Image du montage expérimental au laboratoire métallurgique de Tenke Fungurume Mining (Kaumba, 2023) 30
Figure III-4 : Image d’un filtre presse à membrane au laboratoire métallurgique de Tenke Fungurume Mining (Kaumba, 2023) 32
Figure III-5 : Image de quelques échantillons prêts pour les analyses chimiques (Kaumba, 2023) 33
Figure IV-1 : Diagramme secteur de répartition des éléments dans l’échantillon des OF décuivrage 35
Figure IV-2 : Diagrammes de surface du rendement de précipitation du cuivre 42
Figure IV-3 : Diagrammes de surface du rendement de précipitation du cobalt 43
Figure IV-4 : Diagrammes de surface du rendement de précipitation du fer 44
Figure IV-5 : Diagrammes de surface du rendement de précipitation du manganèse 45
Figure IV-6 : Diagrammes de surface du rendement de précipitation du magnésium 45
Figure IV-7 : Diagrammes de surface du rendement de précipitation de l’aluminium 46
Figure IV-8 : Diagrammes de surface de consommation de la magnésie 47
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I-1 : Caractérisation minéralogique 3
Tableau I-2 : Caractérisation chimique 4
Tableau II-1 : Valeur de  et de no selon les propriétés recherchées pour le plan composite (Yahiauoi , 2015) 23
Tableau III-1 : Domaine expérimental des essais de précipitation 28
Tableau III-2 : Facteurs maintenus constants lors de l’expérimentation 28
Tableau III-3 : Conditions expérimentales en VCR et VR pour un total de 20 essais 29
Tableau IV-1 : Caractérisation chimique de l’échantillon des OF décuivrage 35
Tableau IV-2 : Caractérisation chimique de l’eau utilisée pour préparer la magnésie 36
Tableau IV-3 : Caractérisation chimique de 20 échantillons des essais de précipitation 37
Tableau IV-4 : Rendements de précipitation des métaux et consommation de la magnésie au cours de 20 essais 38
Tableau IV-5 : Modèles prédictifs du rendement de précipitation des métaux 40
LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES
aqElément en solutionCCDDécantation à contre-courantCMOCChina Molybdenum CoEEstFAMElimination du fer, de l’aluminium et du manganèseg/LGramme par litreGécaminesGénérale des carrières et des minesHGHaute qualitéKm2Kilomètre carréLCOLiqueur de cobaltLGFaible qualitémlMillilitreNACConsommation nette d’acideOFSurversepHPotentiel en hydrogènePLSLixiviatppmPartie par millionRAFFRaffinatRDCRépublique Démocratique du CongoSMTFSociété minière de Tenke FungurumeSXExtraction par solvantTFMTenke Fungurume MiningUFSous-verse
μm Micromètre
VR Variable réelle
VCR Variable centrée réduite
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