Responsable : Claude Bazin

Équipe de recherche : Jocelyn Bouchard, Faïçal Larachi, Éric Poulin, André Desbiens, Georgios Kolliopoulos, Francis Bougie, Marc Constantin, Jean-François Boulanger, Fei Wang, Christian Dupuis, Dominic Larivière

Thème 1 : Fragmentation des minerais

La fragmentation des minerais est la première étape du processus de valorisation des substances de valeur dans les opérations de traitement des minerais.  L’énergie qui lui est consacrée quotidiennement dans une seule usine est souvent supérieure à celle consommée par 1000 résidences privées. Elle représente donc un coût d’opération majeur. Le premier thème de recherche s’intéresse donc aux divers aspects affectant les opérations de fragmentation, à savoir : la caractérisation du minerai (dureté et broyabilité) et des opérations unitaires (concassage, broyage et classification), le développement et l’amélioration de modèles mathématiques existants pour décrire et/ou expliquer le fonctionnement de circuits industriels de fragmentation. Les résultats obtenus apporteront une information stratégique pour la réalisation des études techniques de mise en valeur d’un gisement, l’ingénierie des procédés, l’optimisation de la performance des circuits et la planification des opérations de minage. L'équipe du professeur Bazin a ainsi démontré des pertes dans les spirales gravimétriques pour la concentration des minerais de fer dont la performance est accrue suite à des simulations par spirales et classificateurs hydrauliques.

Thème 2 : Enrichissement des minéraux

La fragmentation des minerais permet de libérer les substances de valeur, comme un grain d’or ou une particule de sulfure métallique, des substances sans valeur, soit la gangue qui s’apparente souvent à du sable (mélange de silice et de silicates). Par exemple, le grain d’or libre se trouve typiquement mélangé à 1 000 000 de particules de gangue. L’enrichissement consiste à récupérer au maximum les particules de valeur en laissant de côté les particules de gangue, qui ultimement sont déposées dans un parc à résidus ou utilisées comme remblai souterrain. L’optimisation des performances des opérations d’enrichissement des minerais permet de rentabiliser l’énergie utilisée pour la fragmentation, maximiser les retombées économiques et minimiser l’empreinte environnementale par tonne extraite (pertes et résidus minimaux). La recherche dans ce secteur s’effectue sur deux fronts, soient en laboratoire et en usine. Les travaux de laboratoire portent principalement sur l’évaluation et le développement de réactifs et d’instruments de mesure visant l’amélioration des opérations de valorisation des minéraux d’intérêt. Les travaux en usine permettent d’obtenir des données pour la caractérisation du fonctionnement des procédés industriels, données qui devront être traitées pour finalement être utilisées pour construire des modèles mathématiques (voir le thème 3), et la validation de développements effectués en laboratoire ou en simulation.

Thème 3 : Méthodes pour l’optimisation des circuits de traitement du minerai

L’optimisation des opérations de fragmentation et d’enrichissement repose sur le développement de connaissances spécifiques (voir les thèmes 1 et 2), mais aussi sur des méthodes communes, soient la modélisation mathématique, la simulation, les techniques d’analyse statistique et de filtrage des données, l’automatique des systèmes et l’optimalisation. Un modèle mathématique est un ensemble d’équations qui permet de représenter une opération de transformation d’intrants en extrants. Ces modèles mathématiques peuvent ensuite être implantés dans des ordinateurs pour permettre de simuler des équipements et des circuits. Un simulateur d’un équipement de fragmentation pourrait ainsi prédire le degré de réduction granulométrique pour un tonnage d’alimentation et une puissance donnés d’opération. Les modèles et simulateurs sont également utilisés pour le développement d’applications en automatique et optimalisation des procédés. L’automatique vise à réduire la variabilité des produits, alors que l’optimalisation consiste à déterminer le point d’opération permettant d’obtenir les meilleures performances mesurées en termes de rendement, consommation d’intrants, coûts de production, impacts environnementaux, etc. Le développement des modèles de procédés et des outils d’automatique repose en grande partie sur l’utilisation de méthodes statistiques et de filtrage de données. L'équipe du professeur Larachi a développé un modèle de simulation par chimie computationnelle des interactions entre collecteurs et sulfures métalliques qui met en évidence le rôle du solvant dans le renforcement des interactions entre le plomb dissous et la sphalérite, dont la flottation est indésirable.

Thème 4 : Intensification des procédés miniers et boucle chimique avec la biomasse

Au vu de la hausse constante du prix de l’énergie en provenance des sources non renouvelables, un créneau hautement sensible pour l’industrie minérale concerne l’utilisation d’énergies renouvelables et alternatives, et notamment la biomasse forestière et les biocarburants, et  de procédés de conversion thermochimique comme la cyclo-gazéification catalytique des résidus lignocellulosiques en biosyngas, la synthèse Fischer-Tropsch pour la conversion de gaz de synthèse en biocarburants, la torréfaction allotherme et la combustion catalytiques des composés organiques volatils, et leur intégration à des procédés miniers. Ces approches tentent toutes d’améliorer l’efficacité énergétique des procédés miniers en utilisant une ressource abondante au Canada.