Brevet FR2523636A1 — publié le 19830923

La présente invention concerne un procédé et une installation de lixiviation in situ de minerais, tels que nickel, cobalt, cuivre, uranium, etc, à l'aide d'une solution lixiviante composée d'une solution de base dans laquelle on adjoint de l'oxygène que l'on fait circuler dans un conduit de puits d'injection jusqu'au niveau d'une zone profonde, dite de lixiviation, avec reprise dans un ou plusieurs puits de récupération d'une solution composite incorporant des compo- sés métalliques extraits du minerai extrait, qui est traitée pour séparer lesdits composés, puis est régénérée avec adjonction éven- tuelle de produits de base, réoxygénation et recyclage dans ledit conduit de puits d'injection En pratique, on utilise un réseau d'une pluralité de puits d'injection répartis en surface avec une pluralité de puits de récupération également répartis en surface et à distance des puits d'injection D'une façon générale, on préfère, à titre d'o- xydant, l'oxygène que l'on dissout dans la solution de base, car il est moins onéreux que l'eau oxygénée mais sa faible solubilité dans les solutions aqueuses rend son emploi délicat. le premier inconvénient de l'utilisation de l'oxygène dans une solution de lixiviation réside dans la formation, au moment de l'incorporation de quantités suffisantes d'oxygène, de bulles d'oxy- gène d'un diamètre supérieur à quelques dizaines de microns, formant ainsi un mélange diphasique qui s'écoule difficilement au travers des micro-fractures de la roche en sorte que l'on est obligé de frac- turer artificiellement le minerai entre un puits d'injection et un puits de récupération, par exemple avec des explosifs, ce qui permet le passage de la solution lixiviante diphasique, mais une telle opé- ration de fracturation est délicate et coûteuse. C'est la raison pour laquelle, dans une proposition récente rapportée dans le brevet américain n O 4 116 488, on a réalisé une solution lixiviante qui, bien qu'à l'état diphasique, se présente sous forme liquide avec des micro-bulles réparties et l'on s'est efforcé de faire en sorte d'éviter, lors de l'injection, la coalescence des bulles D'une façon plus précise, la solution lixiviante dipha- sique injectée dans la zone de lixiviation est recyclée par un aspi- rateur-du type "Venturi" de façon à empêcher la formation d'une poche gazeuse et, pour améliorer encore la stabilité du mélange diphasique en luttant contre la coalescence des bulles, on prévoit d'ajouter un produit tension-actif dans la solution lixiviante. Cette solution connue nécessite un dipsositif "Venturi" aménagé au fond du puits, ce qui est délicat et risque d'ailleurs de provoquer des bouchages En fait, il est illusoire d'espérer maitenir, sans aucune coalescence des bulles, un écoulement d'un fluide diphasique dans un conduit vertical de plusieurs centaines de mètres malgré les aménagements rappelés ci-dessus En outre, dans un conduit vertical d'une telle longueur, la pression est loin d'être constante et en fait croît linéairement depuis le niveau du sol jusqu'au sommet de la zone de lixiviation, o elle atteint une valeur légèrement inférieure à une limite qui correspond à la pression de fracturation de la roche en ce point En réalité donc, la pression moyenne dans le conduit d'injection vertical est voisine de la moi- tié de la pression de fracturation au sommet de la zone de lixiviation et par conséquent, la concentration en oxygène dissous est au plus égale à la moitié de ce qu'on pourrait espérer pour la pression opé- rationnelle dans la zone de lixiviation Pour toutes ces raisons, le rendement d'utilisation en oxygène est faible, de l'ordre de 40 %. Ia présente invention a pour objet un procédé de lixiviation in situ de minerai qui évite tous les inconvénients mentionnés ci-dessus en supprimant à coup sûr toute formation de bulles d'oxygène, tout en s'approchant,dans toute la zone de lixiviation de la limite de sa- turation pour une pression peu inférieure à la pression de fractu- ration de la foche Grâce à cette mesure, la solution lixiviante a des propriété 7 'érformantes en ce qui concerne la dissolution du mi- nerai, si bien que l'on peut obtenir un rendement d'utilisation en oxygène très voisin de 100 %. Le procédé selon l'invention est caractérisé par la combi- naison des mesures suivantes: a) le diamètre intérieur d'un conduit de puits d'injection est dé- terminé, compte tenu d'un débit volumétrique constant de ladite so- lution, de l'accroissement hydrostatique et des pertes de charges lors du transfert de ladite solution lixiviante de l'extrémité haute à l'extrémité basse dudit conduit de puits, pour que la pression de ladite solution lixiviante soit eubstanciellement constante sur toute la longueur des conduits de puits; b) ledit conduit de puits d'injection débouche à l'extrémité haute de la zone de lixiviation; c) la pression constante du conduit d'injection est inférieure à la pression de fracturation de la roche au sommet de la zone de lixi- viation, et de préférence peu inférieure à ladite pression de frac- turation; d) l'apport en oxygène est inférieur à la limite de saturation pour ladite pression constante, de préférence peu inférieure à ladite limite Ainsi, en assurant une pression sensiblement constante, et cela en jouant sur les effets antagonistes de son accroissement par effet hydrostatique et de sa réduction par effet de perte de charge, on peut établir en surface une teneur en oxygène dissous voisine de la limite de saturation, sans pour autant provoquer de dégazage in- tempestif ultérieur puisque la pression est maintenue constante sur toute la hauteur du tube jusqu'à la zone de lixiviation Cette con- dition est obtenue avec un débit constant de solution lixiviante par une détermination du diamètre intérieur du conduit de puits d'injec 4 tion, qui résulte de la formule suivante: 1/5 32 f Q 2 Tr 2 g formule dans laquelle: "d": diamètre du conduit: m "Q" est le débit volumétrique constant de la solution (m 3 s-1) "f" = 0,0014 + 0,125 Re-0,'32 avec Re = 4 PQ -2 d "g" = 9,81 m s "P": masse spécifiquede la solution: kg m-3 "A": viscosité dynamique de la solution: poiseuille L'invention a également pour objet une installation de li- xiviation in situ de minerai, du genre comprenant un conduit de puits d'injection raccordé à un oxygénateur lui-même alimenté en solution de lixiviation régénérée par une pompe de pression, dont la caracté- ristique est de comporter un organe de mesure de débit et un conduit de Puits d'injection, dont le diamètre intérieur est déterminé par le débit transféré par la relation r 32 f Q 2 1/5 = d o Lsrg j avec les définitions rappelées plus haut. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit à titre d'exemple en référence à la figure unique annexée qui représente une vue schématique en coupe verticale d'une installation selon l'invention. Une telle installation comporte dans le sol une pluralité de puits d'injection, dont un seulement est représenté en ( 1), qui sont répartis de façon uniforme en surface et de puits de récupération, dont un seulement est représenté en ( 2) également répartis entre les dits puits d'injection Chaque puits d'injection est équipé d'un conduit d'injection ( 3) débouchant à l'extrémité de fond en haut d'une zone de lixiviation ( 4) par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité ( 5) avec le puits ( 1) ménagé près de son extrémité de fond Chaque con- duit d'injection ( 3) est alimenté en solution de lixiviation par un conduit ( 6) aboutissant à l'extrémité de surface d'un conduit de ré- cupération ( 7) ménagé dans chaque puits de récupération ( 2), chaque conduit ( 7) présentant une extrémité de fond à un niveau plus bas que celui d'un conduit d'injection ( 3), mais cependant en un niveau in- termédiaire de la zone de lixiviation ( 4) Chaque conduit de récu- pération ( 7) incorpore une pompe ( 11) située près de son extrémité de fond, qui est mise en mouvement par exemple par un arbre vertical ( 12) à partir d'un excentrique menant ( 13) De la sorte, la solution de lixiviation chargée en composés métalliques dissous extraits du minerai et qui s'écoule selon le sens de la flèche F est reprise par la pompe ( 11) et est recyclée par le conduit ( 6) vers un puits d'in- jection ( 3); cette canalisation ( 6) incorpore successivement à par- tir de la conduite de récupération ( 7), un dispositif de séparation ( 20) , qui extrait en ( 21) les métaux de la solution de lixiviation, une pompe de pression ( 22) portant la solution de lixiviation à une pression élevée peu inférieure à la pression de fracturation de la roche puis, à cette pression un oxygénateur à sursaturation ( 23), un séparateur de phases ( 24), la phase liquide étant seule dirigée vers un puits d'injection ( 3) par un organe de mesure de débit ( 25), tandis que la phase gazeuse ( 26) est recyclée par un surpresseur ( 27) vers l'oxygénateur ( 23), de préférence sur un conduit d'alimentation en oxygène ( 28) aboutissant à cet oxygénateur ( 23). On rappelle que le diamètre intérieur d'un conduit d'in- jection ( 3) est déterminé en fonction du débit Q traversant le dé- bimètre ( 25) par la relation 2 1/5 32 f Q 2 d j _ 2 g On peut démontrer aisément que, par application de cette mesure, la pression de la solution de lixiviation dans le conduit d'injection ( 3) reste constante depuis l'extrémité amont ( 3 a) jus- qu'à l'extrémité aval ( 3 b) et cela, quelque soit la longueur du con- duit d'injection Etant donné que la pression ( 3 a) est déterminée essentiellement par la pompe de prise en pression ( 22), on peut faire en sorte que cette pression soit seulement légèrement inférieure à la pression de fracturation de la roche et l'on a vu que l'oxygé- nateur ( 23) assure pratiquement une oxygénation à saturation de la solution lixiviante, sans risque de dégazage de l'oxygène au cours de son transfert en profondeur, puisque la pression maintenue cons- tante ne sera pas réduite Le fait d'assurer une constance de la pression permet en fait d'avoir une pression maximale en surface pour la solution de lixiviation, donc une teneur en oxygène dissous la plus élevée possible, et une efficacité opérationnelle maximale. Le fait d'avoir installé en fond d'un conduit de récupé- ration ( 7) une pompe volumétrique dont le débit est le débit Q transféré par le conduit d'injection (si le nombre de conduits de récupération est égal à celui de conduits d'injection) permet d'assu- rer une autorégulation en cas de modifications de la perméabilité du terrain intéressé par l'opération En effet, le changement corres- pondant de la perte de charge est alors exactement compensé par une variation du niveau h de la solution dans les puits de récu- pération: le débit Q mesuré par le débimètre ( 25) et les pressions aux points ( 3 a) et ( 3 b) sont conservés Il est à noter qu'aucune vanne ou dispositif similaire n'est nécessaire pour assurer cette régulation. D'autre part, si, pour une raison accidentelle, l'écoulement de la solution à travers le terrain venait brusquement à être in- terrompu (bouchage total), cet incident est facilement détecté en observant une croissance brusque de la pression au point ( 3 a) et une décroissance brusque du débit extrait On prévient alors une augmentation dangereuse de la pression au point ( 3 b) simplement en arrêtant la pompe d'injection ( 22). REVENDICATIONS 1 Procédé de lixiviation in situ de minerai à l'aide d'une solution lixiviante formée d'une solution de base dans laquelle on adjoint de l'oxygène, que l'on fait circuler dans un conduit de puits d'injection jusqu'au niveau d'une zone de fond, dite de lixi- viation, avec reprise d'une solution composite incorporant des com- posés métalliques extraits du minerai extrait de la roche, qui est traitée pour séparer lesdits composés, puis régénérée avec adjonc- tion éventuelle de produits de base, réoxygénée et recyclée dans la- dite conduite d'injection de puits, caractérisé par la combinaison des mesures suivantes: a) le diamètre intérieur du conduit de puits est déterminé, compte tenu d'un débit volumétrique constant de ladite solution, de l'ac- croissement hydrostatique de la pression et de la réduction par dé- pression par perte de charge lors du transfert de ladite solution lî- xiviante de l'extrémité haute à l'extrémité de fond dudit conduit de puits, pour que la pression de ladite solution lixiviante établie en surface soit substanciellement constante sur toute la longueur du conduit de puits d'injection b) ledit conduit de puits d'injection débouche à son extrémité de fond en haut de la zone de lixiviation; c) la pression constante de la solution de lixiviation est établie en surface à une valeur inférieure à la pression de fracturation de la roche au sommet de la zone de lixiviation, de préférence peu infé- rieure à ladite pression de fracturation; d) l'apport en oxygène assuré en surface est inférieur à la limite de saturation pour la pression constante déterminée, de préférence peu inférieur à ladite limite de saturation. 2 Procédé de lixiviation in situ de minerai à l'aide d'une solution de lixiviation, caractérisé en ce que le diamètre intérieur d'un conduit de puits d'injection est substanciellement déterminé par la relation suivante: 1/5 32 g Q d = i 1 X 2 g relation dans laquelle: "Q" est le débit volumétrique constant de la solution (m 3 s 1) If" = 0,0014 + 0,125 Re-0 '32 avec Re = 4 PQ "g" = 9,81 m S 2 d "P": masse spécifique de la solution: kg m-3 ""t: viscosité dynamique de la solution: poiseuille. 3 Procédé de lixiviation selon la revendication 1, o l'on met en oeuvre un réseau de puits d'injection associé à un réseau de puits de récupération, caractérisé en ce que chaque puits de récu- pération est équipé d'un conduit de récupération incorporant, en position du fond à un niveau intermédiaire de la zone de lixiviation, une pompe volumétrique à débit constant correspondant au débit nomi- nal d'extraction d'un puits de récupération. 4 Installation de lixiviation in situ de minerai, du genre comprenant un conduit de puits d'injection raccordé à un oxygénateur lui-même alimenté en solution de lixiviation régénérée par une pompe de pression, caractérisée par un organe de mesure de débit sur le circuit de la pompe de pression et un conduit de puits d'injection dont le diamètre intérieur est relié au dit débit par la relation: 2 1/5 32 f Q I 2 g d= TçÂg _ Installation de lixiviation in situ de minerai selon la re- vendication 3, caractérisée en ce que l'oxygénateur comporte un dis- positif d'oxygénation suivi d'un séparateur de phases avec recyclage de la phase gazeuse dans l'oxygénateur. 6 Installation de lixiviation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'un conduit de récupération est équipé en po- sition de fond d'une pompe volumétrique à débit constant.