Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Etude du recyclage de l'eau résiduaire dans la flottation des minerais oxydés cuprocobaltifères du gisement de Luiswishi
Shengo Lutandula, Michel
2014
 

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Keywords :
Oxidised ores; Flotation; Water recycling; Impurities build-up; Minerals depression; Poor recoveries; Minerais oxydés, Flottation, Recyclage de l’eau, Impuretés accumulées, Dépression, Faibles récupérations
Abstract :
[en] The present work aims at improving practices in the management of wastewater from flotation of ores in the Katanga province and suggests the recycling considering its advantages on the environment safeguarding, the sustainable management of hydric resources and the economy of flotation reagents standpoint. It focuses on the determination of the best process water-recycling rate in flotation of copper - cobalt oxidised ores from the Luiswishi deposit and on the explanation of phenomena implicated in the depression of malachite and heterogenite in the recycled water presence. The studied ores have been sulphidised (NaSH) prior to flotation with KAX using the process water recovered from the industrial effluents and a Lab scale replication of the New Concentrator in Kipushi (NCK) flow sheet to simulate the full-size plant operations. The following methodological approach has been adopted: • The lab flotation tests of the pulps originating from the NCK grinding circuit while varying the proportion of the recycled process water added to the feed water in view to determine the proportion which gives a concentrate grading at least 2% Co at the recovery of 80% and at least 7% Co at the recovery of 60% respectively at the rougher and cleaner stages; • The study of the effects from the recycled water chemical components on flotation of malachite and heterogenite through flotation of the studied ores in the presence of S2O32-, SO42-, HCO3-, Ca2+ and Mg2+ introduced in the feed water (demineralised water) through dissolution of their analytical graded-salts and based on the follow-up of the Cu-Co recovery and the roughing flotation concentrates mineralogical analysis by the polarised light microscopy, the X- rays diffraction and the scanning electron microscopy; • The study of the behaviour of malachite and heterogenite based firstly on electrochemical investigations of the pulp (pH, Eh, Es and DO), the leaching tests and sulphidisation of malachite and heterogenite with NaSH in presence of S2O32-, SO42- and HCO3. Secondly, based on thermodynamical calculations for the establishment of the Pourbaix diagrams of the systems Cu(Co-Cu) – Chemical species – Water at 25 °C and the Drift spectroscopic analysis (4000 à 400 cm-1) of malachite after sulphidisation with NaSH and agitation with KAX in the presence of S2O32-, SO42- and HCO3-. The obtained results have shown that the process water recycling is successful when 20% of the recycled water is added to the feed water since one obtains a concentrate grading 2% Co at the recovery of 80% at the rougher stage. However, considering the significant drops in the grade and the recovery of cobalt in the concentrate observed at the cleaner stage, a proportion of 10% has been suggested as optimal for the overall flotation circuit because 82% cobalt were recovered at rougher stage bringing at the cleaner stage a concentrate grading 9.5% Co at the recovery of 63%. Beyond 10%, the process water recycling has proved detrimental to flotation efficiency owing to the build-up of chemical species (S2O32-, SO42-, HCO3-, Ca2+, Mg2+ and Cl-) in the feed water, which becomes corrosive and scaling leading to depression of malachite and heterogenite. This depression results from an increase in the valuable minerals hydrophilicity boosted-up by their strong dissolution in water in the presence of S2O32-, SO42 and HCO3- leading to alterations in their surface properties and the exaggerated liberation of copper and cobalt ions in solution responsible for the overconsumption of NaSH and KAX.
[fr] Cette recherche vise l’amélioration des pratiques de gestion de l’eau résiduaire de la flottation des minerais au Katanga et suggère le recyclage compte tenu de ses avantages du point de vue de la sécurité environnementale, de la gestion durable des ressources hydriques et de l’économie des réactifs de flottation. Il se focalise sur la détermination de la proportion optimale de l’eau recyclable dans la flottation des minerais oxydés cuprocobaltifères du gisement de Luiswishi et l’élucidation des mécanismes des phénomènes de dépression de la malachite et de l’hétérogénite en présence de l’eau recyclée. Les minerais étudiés ont été sulfurés (NaSH) et flottés à l’aide du KAX en utilisant l’eau résiduaire industrielle et en simulant au laboratoire le flow sheet du Nouveau Concentrateur de Kipushi (NCK). L’approche méthodologique suivante a été adoptée : • La flottation au laboratoire des pulpes industrielles provenant du circuit de broyage du NCK en variant la proportion de l’eau résiduaire industrielle recyclée dans l’alimentation afin de déterminer celle qui fournit à l’ébauchage un concentré titrant au moins 2% Co avec une récupération de 80% et un concentré final contenant au moins 7% Co avec une récupération de 60% ; • L’étude des effets des espèces chimiques de l’eau résiduaire sur la flottation de la malachite et de l’hétérogénite en flottant les minerais étudiés en présence des ions S2O32-, SO42-, HCO3-, Ca2+ et Mg2+ introduits dans l’eau d’alimentation sous forme de leurs sels de pureté analytique et sur base de la récupération Cu-Co et de l’analyse minéralogique des concentrés ébauchés par la microscopie optique à la lumière polarisée, la diffraction des rayons X et la microscopie électronique à balayage; • L’étude du comportement de la malachite et de l’hétérogénite premièrement, sur base des études électrochimiques de la pulpe (pH, Eh, Es et O2 dissout) et des tests de lixiviation de la malachite et de l’hétérogénite et leur sulfuration avec le NaSH en présence d’ions S2O32-, SO42- et HCO3-. Deuxièmement, sur base des calculs thermodynamiques pour l’établissement des diagrammes de Pourbaix des systèmes Cu(Co-Cu) – Espèce chimique choisie – Eau à 25°C ainsi que l’analyse spectroscopique en mode réflexion diffuse (4000 à 400 cm-1) de la malachite conditionnée avec le NaSH et le KAX en présence d’ions S2O32-, SO42- et HCO3-. Les résultats obtenus ont montré que le recyclage est sans inconvénient lorsque 20% de l’eau résiduaire sont introduits dans l’alimentation du fait que l’on obtient un concentré ébauché titrant 2% Co avec une récupération de 80%. Cependant, tenant compte des baisses significatives de la teneur et de la récupération du cobalt observées à l’étape de finissage, une proportion de l’eau résiduaire de 10% a été suggérée comme optimale pour un circuit de flottation complet du fait que 82% du cobalt récupérés à l’ébauchage conduisent à un concentré final titrant 9,5% Co avec une récupération de 63%. Au delà de 10%, le recyclage de l’eau résiduaire est nuisible à l’efficacité de la flottation des minerais à cause de l’accumulation d’espèces chimiques dans l’eau d’alimentation laquelle, devient corrosive et incrustante conduisant à la dépression de la malachite et de l’hétérogénite. Cette dépression résulte de l’accroissement de l’hydrophilie de la malachite et de l’hétérogénite provoquée par leur grande solubilité en présence d’ions S2O32-, SO42- et HCO3- conduisant à l’altération de leurs propriétés superficielles et à la libération exagérée d’ions cuivre et cobalt en solution à la base de la surconsommation du NaSH et du KAX.
Disciplines :
Geological, petroleum & mining engineering
Author, co-author :
Shengo Lutandula, Michel ;  Université de Liège - ULiège > Doct. sc. ingé. (architecture, génie civ. & géol.)
Language :
French
Title :
Etude du recyclage de l'eau résiduaire dans la flottation des minerais oxydés cuprocobaltifères du gisement de Luiswishi
Alternative titles :
[en] Process water recycling in flotation of copper-cobalt oxidized ores from the Luiswishi deposit
Defense date :
26 February 2014
Number of pages :
203
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Diplôme de Docteur en Sciences de l'Ingénieur
Promotor :
Gaydardzhiev, Stoyan  ;  Université de Liège - ULiège > Urban and Environmental Engineering
President :
Pirard, Eric  ;  Université de Liège - ULiège > Urban and Environmental Engineering
Funders :
AGCD - Administration générale de la Coopération au Développement [BE]
PACODEL - Centre pour le Partenariat et la Coopération au Développement [BE]
Available on ORBi :
since 14 March 2014

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