Optimisation de la récupération du cuivre à partir de minerais oxydes‑sulfures par séparation gravimétrique et techniques de flottation

Pourquoi cette histoire de cuivre compte

Le cuivre est présent dans presque tout ce qui alimente la vie moderne, des voitures électriques et des smartphones aux réseaux électriques et aux centres de données. Or, les gisements de cuivre les plus faciles à exploiter ont déjà été minés, ce qui contraint l’industrie à se tourner vers des minerais de plus faible teneur et plus complexes, plus difficiles et coûteux à traiter. Cette étude examine comment extraire le cuivre plus efficacement d’un de ces gisements difficiles en Iran en combinant intelligemment deux méthodes classiques de séparation et en ajustant la chimie qui permet aux particules de cuivre de flotter.

Une roche difficile avec de minuscules pépites précieuses

Les chercheurs ont travaillé sur des carottes de forage de la zone cuprifère d’Ali Goodarz, contenant au total seulement environ un demi‑pourcent de cuivre. Au microscope, ils ont mis en évidence un mélange complexe : le cuivre se présentait à la fois sous forme de minéral sulfuré (chalcophyrite) et d’oxyde (malachite), tous étroitement imbriqués avec des argiles et des oxydes de fer. Les grains de cuivre étaient très fins, pour la plupart en dessous de 74 micromètres, ce qui les fait se comporter facilement comme de la boue dans l’eau. Cette combinaison de granulométrie fine, d’argiles collantes et de types minéraux mélangés rend difficile la séparation du cuivre de la gangue par des méthodes standards.

Examiner le minerai grain par grain

Pour déterminer le meilleur traitement, l’équipe a d’abord cartographié la composition minérale en détail. Ils ont utilisé la diffraction des rayons X et la fluorescence X pour identifier les minéraux majeurs tels que le quartz, les feldspaths, les carbonates et plusieurs types d’argile, et pour mesurer la chimie globale. Des essais de spectrométrie d’absorption atomique ont montré que le cuivre était de faible teneur et seulement partiellement oxydé, tandis que l’or n’était présent qu’en traces infimes. Des microscopes électroniques haute résolution et des cartographies élémentaires ont révélé comment les minéraux de cuivre étaient associés aux oxydes de fer et aux argiles, et ont confirmé que la plupart des grains de chalcophyrite étaient déjà libérés à la mouture cible. Cette vision minéralogique guidée pas à pas a orienté le choix des étapes de traitement et des conditions opératoires.

Laisser la gravité faire le premier tri

Parce que certaines particules étaient beaucoup plus denses que d’autres, les chercheurs ont d’abord testé une table à secouer humide, un dispositif qui utilise une surface inclinée et vibrante et un flux d’eau pour trier les grains par densité. Ils ont testé différentes plages granulométriques et constaté que le matériau relativement fin (jusqu’à environ 120 micromètres) offrait le meilleur compromis entre teneur en cuivre et récupération. À ce stade, la séparation gravimétrique seule pouvait récupérer environ les deux‑tiers du cuivre dans un produit modérément enrichi, mais la teneur restait insuffisante pour une utilisation finale. L’étape gravimétrique a mieux fonctionné comme pré‑concentration, éliminant les déchets évidents et alimentant un flux plus petit et plus riche vers le procédé suivant.

Faire flotter les grains de cuivre sur des bulles

La seconde étape reposait sur la flottation, où des produits chimiques rendent les particules porteuses de cuivre hydrophobes afin qu’elles puissent s’attacher aux bulles d’air et remonter, tandis que les minéraux de gangue coulent. Les oxydes de cuivre comme la malachite ne répondent généralement pas bien aux collecteurs usuels, si bien que l’équipe a d’abord « sulfidé » leurs surfaces en utilisant de l’hydrosulfure de sodium. Ce traitement enrobe les grains oxydés d’une fine couche de type sulfure que les collecteurs xanthates standard peuvent saisir. À travers des dizaines d’essais, les chercheurs ont ajusté l’acidité de la pulpe (pH), le mélange et la dose de collecteurs, ainsi que la dose et le type d’agent de sulfidation. Ils ont montré qu’un pH légèrement alcalin de 9,5, une dose combinée de collecteurs relativement élevée, et l’usage d’hydrosulfure de sodium plutôt que de sulfure de sodium produisaient une réponse plus forte et plus contrôlable, donnant des teneurs et des récupérations en cuivre élevées.

Ajustements fins pour un métal plus pur

Une fois les conditions grossières optimales connues, l’équipe est allé plus loin. L’augmentation de la concentration totale en collecteur a continuellement amélioré la récupération jusqu’à environ 500 grammes par tonne de minerai, au‑delà de quoi les gains s’aplaniraient probablement ou entraîneraient trop de matière indésirable. Pour la sulfidation, une dose d’hydrosulfure de sodium de 500 grammes par tonne s’est révélée être un point optimal : trop peu laissait des oxydes de cuivre non activés, tandis que trop en mettait trop et commençait à gêner la flottation en enrobant excessivement les surfaces. Dans ces conditions optimisées, la flottation directe a atteint une teneur en cuivre d’environ 22,5 % avec plus de 94 % du cuivre récupéré dans le concentré brut.

Combiner les méthodes pour mieux valoriser les minerais de faible teneur

En utilisant d’abord la table à secouer pour éliminer les déchets faciles, puis en appliquant une sulfidation–flottaison soigneusement réglée, les chercheurs ont produit un concentré de nettoyage (« cleaner ») final à environ 27 % de cuivre tout en conservant environ 70 % du métal initialement contenu dans le minerai. Pour un gisement aussi pauvre, argileux et mixte oxyde–sulfure, c’est un résultat fort. En termes simples, l’étude montre que même des minerais de cuivre difficiles peuvent être transformés en aliment utile pour les fonderies si l’on comprend leur structure microscopique et que l’on combine judicieusement tri physique et chimie adaptée. À mesure que les gisements riches s’épuisent, de telles stratégies seront essentielles pour maintenir l’approvisionnement en cuivre sans augmenter drastiquement les coûts ou les impacts environnementaux.

Citation: Sobouti, A., Rezai, B. Optimization of copper recovery from oxide-sulfide ores through gravity separation and flotation techniques. Sci Rep 16, 11970 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42015-y

Mots-clés: traitement du minerai de cuivre, flottaison, séparation gravimétrique, sulfuration, minerais de faible teneur