Etude du processus de valorisation du minerai-sulfure refractaire du gisement

L’actuel permis d’exploration de Kanoumba était la propriété de la société d’exploration et d’exploitation minière Randgold Resources Limited (RRL). Le 1er janvier 2019 RRL a fusionné avec la compagnie minière Barrick dans le cadre d’une opération action pour action. Ce qui fait du permis de Kanoumba une propriété de la compagnie Barrick. Ce permis abrite le gisement de Massawa et les gisements satellites de Sofia et de Délia.

Suite à la découverte du gisement de Massawa, un programme de préfaisabilité fut entrepris en 2008 pour l’exploitation du minerai. Les conclusions de ce programme montrèrent qu’une importante partie de l’or du minerai est réfractaire aux méthodes de récupération classique. Ce fait a incité à la jadis compagnie Randgold, à chercher des méthodes alternatives pour la valorisation du minerai. Ces méthodes couvrent essentiellement des méthodes de prétraitement de minerais. Les campagnes de tests de prétraitement faisaient partie du programme de préfaisabilité. Les résultats de ces tests ont montré que le prétraitement peut améliorer les récupérations à des valeurs supérieures à 80%. Cependant les méthodes de prétraitement essayées impliquent des coûts supplémentaires élevés et des risques environnementaux considérables. C’est ainsi que la bio-oxydation fut testée et les résultats ont montré que cette méthode est plus avantageuse par rapport à celles qui étaient déjà testées (le grillage et l’oxydation sous pression). En 2018, une campagne de faisabilité a été entreprise pour étudier les paramètres nécessaires pour l’ouverture d’une mine dans le cadre du Projet Massawa. Cette campagne a permis de concevoir et dimensionner une usine qui traitera les minerais du gisement de Massawa de même que ceux de ses satellites.

L’actuel permis de Kanoumba se localise au niveau de la zone de cisaillement principale : la MTZ. Les gisements de Massawa et Délia se localisent au cœur de cette structure qui traverse tout le permis. Les récents travaux d’exploration ont fini de prouver le potentiel aurifère de la MTZ. Cependant, les minerais des deux gisements (Massawa et Délia) qui y sont encore découverts sont fortement réfractaires et leurs valorisations optimales demeurent des défis métallurgiques. C’est dans cette optique que l’ancienne compagnie RRL en collaboration avec l’Institut des Sciences de Terre, nous a proposé de travailler sur l’« « étude du processus de valorisation du minerai sulfuré-réfractaire du gisement de Massawa »».

Présentation de la zone d’étude

Contexte géologique régional

La zone d’étude fait partie de l’ensemble géologique du continent africain. Cet ensemble est dominé par les cratons du Kalahari, du Congo et de l’Afrique de l’ouest (CAO). Ces cratons sont constitués de roches cristallines de la fin du Protérozoïque et de l’Archéen moyen. Ces roches sont recouvertes en discordance par des sédiments su Protérozoïque supérieur et du Paléozoïque (Clifford 1968, Kennedy 1964).

Craton Ouest africain 

Résultant de l’assemblage de socles archéen et Paléo-protérozoïque qui affleurent sur une large bande d’Ouest en Est, le craton ouest africain figure parmi les trois plus grands cratons du continent africain avec environ une superficie de 4,500 000 km2 (Ennih et Liégeois, 2008). Du point de vu lithologique, le craton ouest africain est composé de roches archéennes et paléo protérozoïques qui affleurent dans la dorsale de Reguibat au nord et celle de Leo-Man au Sud, mais également dans les boutonnières Kedougou-Keniaba et Kayes respectivement à l’Ouest et au Sud (figure 1). Ces roches sont recouvertes par des sédiments d’âges Paléozoïque à Phanérozoïque qui affleurent dans les bassins, de Tindouf au nord, de Taoudéni au centre, et de la Volta au sud-est. La dorsale de Reguibat est formée, dans sa partie est de granites, de roches volcaniques et de volacanosédiments d’âge birimien ; dans sa partie ouest de gneiss, d’orthogneiss et de charnokites archéens.

Tout comme la dorsale de Reguibat, la dorsale de Leo-Man est divisée en deux domaines séparés par l’accident de Sassandra: à l’Est le Baoulé-Mossi interprété comme une continuité des formations birimiénnes de la boutonnière de Kedougou-Keniaba sous les formations Paléozoïques du sud-ouest du bassin de Taoudéni, est formé de métasédiments du Paléoprotérozoïque, de métavolcanics et de granites ; à l’Ouest le domaine archéen de Man, formé de gneiss métamorphisés dans les faciès de granulites durant les orogénèses Léonienne et Liberliénne. Toutefois ces gneiss sont surmontés de formations ferrifères litées (BIF), de métavolcanics et de métasédiments. Les boutonnières de Kedougou-Keniaba et Kayes, qui forment la bordure ouest du COA, sont entièrement constituées de formations birimiénnes représentées par de larges ceintures de roches volcaniques et de grands bassins sédimentaires intrudés par des granitoïdes d’âge éburnéen. Au centre, l’immense bassin de Taoudéni (environ 1500000 km2), formé de plateaux de calcaires et de grès, recouvre en discordance le cœur du craton ouest africain.

Boutonnière Kédougou-Kéniaba

Localisée au Sud-est du Sénégal et à l’ouest du Mali, la BKK est composée essentiellement de roches birimiénnes. Avec une superficie d’environ 22000km2 (Pons et al. 1992), elle est bordée à l’est par la chaine Hercynienne des Mauritanides et dans ses autres contours par les sédiments- d’âge Néoprotérozoïque du bassin de Taoudéni (figure2). Du point de vue lithologique, Bassot (1966 ; 1967), identifie dans la BBK deux supergroupes : le supergroupe de Mako à l’ouest et le super-groupe de la Dialé Daléma à l’ouest ; les deux étant séparés par la MTZ.

❖ Le supergroupe de Mako est constitué d’une ceinture de roches volcaniques orientées SW-NE localisée au nord-ouest de la BKK et à l’ouest de la MTZ. Du point de vue litho-stratigraphique le SGM est constitué:
● D’une importante formation de roches volcaniques associées à des gabbros, des péridotites, des dolérites et des diorites à massifs concordants. Des basaltes en coulées structurées en coussins de tailles variables y sont aussi cartographiés. Ces coulées ont localement, un aspect variolitique et sont associées à des brèches hyaloclastiques.
● Au-dessus de ces coulées se trouvent des calcaires dolomitiques et des conglomérats à éléments de composition basique.
● Au-dessus des calcaires vient une formation andésitique volcanique de type explosif. Cette formation d’extension régionale comprend d’épaisses coulées de basalte et d’andésite interstratifiées avec des agglomérats à fragments chertitiques ou andésitiques, des tufs et des brèches à gros blocs interprétées comme des lahars. Figure également dans cette partie du SGM une importante formation de roches volcaniques mise en place dans un environnement sédimentaire constitué par une association grésopélititique avec des niveaux riches en gondites. Les roches de cette formation sont représentées par des basaltes et andésites différenciées, évoluant jusqu’à des termes dacitiques à rhyolitiques, et sont intercalées dans des pyroclastiques à élément andésitiques.
● Au sommet de la série se trouvent des sédiments volcanodétritiques et détritiques à niveaux pélitiques et grésopelitiques avec des passées conglomératiques renfermant des lentilles décamétriques de basaltes ou de gabbros concordants au volcanisme (Ngom et al, 2007).
❖ Le supergroupe de la Dialé-Daléma : contrairement au SGM, le super groupe de la DialéDaléma affleure aussi bien au Sénégal qu’au Mali. Limitées à l’ouest par la MTZ, les roches du SDD sont en contact anormal avec ceux du supergroupre de Mako. Deux séries y sont distinguées: le Dialé et la Daléma.
● La série de Dialé est à dominante sédimentaire avec des roches carbonatées associées à des schistes pélitiques et à niveaux graphiteux. Au-dessus de ces roches se trouvent des grès et des grauwackes qui évoluent vers le sommet à des horizons pélitiques renfermant des lentilles de carbonates. A ces roches s’ajoutent des niveaux conglomératiques au contact entre le segment Dialé et le SGM.
● Dans la série Daléma se trouve une importante formation de flysches à niveau de cherts et d’épiclastiques. Au-dessus des flysches se trouvent des niveaux de grés et de tourmaline minéralisés en or. Ces roches sont surmontées par une formation carbonatée associée à des siltites, des conglomérats, des épiclastiques, des volcanites et des pyroclastites. Cette formation qui contient les gisements de fer de la Falémé est recoupée par des dykes calco-alcalins. Au sommet de la série se trouvent des pyroclastiques andésitique et basaltique avec de rares blocs de basaltes tholéitiques précédant localement les pyroclastites rhyodacitiques et dacitiques.

Des épisodes de granitisation sont notés dans la BKK. Il s’agit en effet du batholite de Badon, composé d’un ensemble de plutons de diorite et de granodiorite. Dans la partie nord de ce batholite, le complexe plutonique de Laminia-Kaourou, de composition granodioritique à dioritique, renferme des xénolites amphibolo-gneissiques représentant les niveaux les plus profonds de croûte birimienne. Dans le segment Dialé-Daléma, figure le Batholite de Saraya qui est composé de leucogranites et de tonalites. A ces intrusions, s’ajoutent de nombreux plutons post à tardi-tectonique (Tinkoto, Mamankono) qui recoupent les roches du SGM.

Du point de vue structural, trois accidents majeurs ont été mis en évidence dans la BKK. Il s’agit :

● De la main transcurrente zone (MTZ), qui correspond à un décrochement ductile sur plus de 100 km de long et 5 km de large (Diène, 2012). Elle est interprétée comme un système de failles constitué par des zones de cisaillements senestres avec une orientation moyenne SW-NE à NS (Ledru et al, 1989). Les cartes géophysiques montrent que la MTZ est discontinue et qu’elle marque le contact entre le super-groupe de Mako et celui de la Dialé-Daléma (figure 2).
● De la faille sénégalo-malienne, qui suit grossièrement le tracé de la Falémé avec une orientation moyenne N-S.
● De la faille de Sabadola, cartographiée dans de SGM, qui correspond à une zone de cisaillement senestre orientée N-S.
● Outre ces trois accidents majeurs, des auteurs (Diène et al, 2012) ont mis en évidence d’autres accidents. Il s’agit en effet des zones de cisaillement de Badon Niéniéko, de Yaaka et LéobaMoussala.

Table des matières

INTRODUCTION
1 Chapitre 1: Présentation de la zone d’étude
Contexte géologique régional
1.1.1 Craton Ouest africain
1.1.2 Boutonnière Kédougou-Kéniaba
Présentation du permis de Kanoumba
1.2.1 Situation géographique
1.2.2 Relief, climat, hydrographie et biodiversité
1.2.3 Géologie du permis de Kanoumba
2 Chapitre 2 : Présentation générale du gisement de Massawa
Contexte lithologique
2.1.1 Les roches volcanoclastiques
2.1.2 Les roches sédimentaires
2.1.3 Les schistes carbonés
2.1.4 Les intrusives
La minéralisation
2.2.1 La minéralisation dans la zone centrale (ZC)
2.2.2 La minéralisation dans la zone nord
Conclusion
3 Chapitre 3 : La Géométallurgie : Aspect général
Objectifs
Intérêt de la géométallurgie
Approche
Caractérisation géométallurgique des minerais d’or
3.4.1 L’échantillonnage
3.4.2 Classification des minerais d’or et des minéraux
3.4.3 Caractérisation du minerai
Le modèle géométallurgique
3.5.1 Le modèle prédictif
3.5.2 La cartographie géométallurgique
4 Chapitre 4 : Caractérisation du minerai réduit de Massawa
Caractérisation du minerai
4.1.1 Reconnaissance Macroscopique
4.1.2 Reconnaissance microscopique
4.1.3 Résultats et interprétations des observations macroscopiques
4.1.4 Résultats et interprétations des observations microscopiques
Relation entre la géologie et les performances métallurgiques
5 Chapitre 5 : Historique de la Métallurgie du gisement de Massawa
La cyanuration directe
5.1.1 Principe de la Cyanuration directe
5.1.2 Application et résultats des tests de cyanuration directe sur les minerais de Massawa
La récupération par gravité ou GRG
5.2.1 Le Principe de la récupération par Gravité
5.2.2 Application et résultats de la GRG sur le minerai de Massawa
Le grillage ou pyrométallurgie ou encore Roasting
5.3.1 Principe du grillage
5.3.2 Application et résultats des tests de grillage sur les minerais de Massawa
Les tests d’oxydation sous pression ou POX
5.4.1 Principe de l’oxydation sous pression
5.4.2 Application et résultats des tests d’oxydation sous pression sur les minerais de Massawa
Conclusion
CONCLUSION

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