L'extraction de l'or se fait par cyanuration depuis plus d'un siècle. Ce procédé est donc bien connu. Le document qui suit présente la problématique reliée à l'effet de la granulométrie sur la cyanuration de l'or. Plus spécifiquement, l'effet de l'historique du broyage, soit l'histoire relié à la préparation d'un échantillon sur la mise en solution de différentes classes granulométriques, sera étudié dans ce document. Neuf tests ont été fait avec trois temps de broyage, 15, 35 et 65 minutes, et avec trois temps de cyanuration différents, 6, 12 et 24 heures. Les calculs de rendements sont basés sur trois échantillons broyés pendant 15, 35 et 65 minutes sans cyanuration. L'or a été analysé dans les solides et dans les solutions à différents moments en cours de réaction. L'argent, le cuivre et le soufre ont seulement été analysés dans les résidus solides. Les rendements sont calculés à partir des données brutes et des données réconciliées. Avec le traitement utilisé pour les essais, les rendements obtenus sont inférieurs à ceux observés en industrie. Certaines observations laissent penser qu'un pré-traitement d'aération et qu'un prétraitement au dinitrate de plomb auraient dû être effectué avant la cyanuration. Toutefois, l'analyse des résultats montre que la distribution granulométrique de l'or change avec la taille du minerai, l'or ayant tendance à demeurer grossier alors que la finesse du minerai augmente. Les résultats montrent aussi que le comportement de l'or dans une classe granulométrique semble être indépendant de l'histoire de la production de la classe granulométrique. Le traitement des données a permis de calibrer des modèles de dissolution de l'or qui ont servis à simuler l'effet de la granulométrie sur la cyanuration du minerai. / The gold extraction is made by cyanidation from more than one century. So it is a well known technique. The following document presents the problematic related to the effect of the particles' size on gold cyanidation. Specifically, the effect of the mill history, being the story related to the preparation of the ore sample, on the recovery in different particles' size is studied in this document. Nine tests have been made with three times of mill, 15, 35 and 65 minutes, and three different times of cyanidation, 6, 12 and 24 hours. The calculations of the recovery are based on three ore samples that have been milled for 15, 35 and 65 minutes and haven't been leached. The gold have been analysed in the ore and in the solutions at different moments trough the cyanidations. Silver, copper and sulphur have been analysed only in the residual ore. The recoveries are calculated with the raw and the reconciliated data. With the treatment used for the tests, the recoveries results obtained are smaller than the recovery observed in the industry. Some observations reveal that an aeration and lead dinitrate pre-treatment should have been done before the cyanidations. However, the analyses of the results show that the particles' size distribution changes with the size of the ore, since gold tends to stay in the bigger particles wile other particles get smaller. The results also show that the gold's behaviour seems to be independent of the history of the particles' size distribution production. The data treatment gives the possibility to calibrate dissolution models of gold that have been use to simulate the effect of particles' size on the gold cyanidation.

Les problématiques dans le traitement des minerais aurifères deviennent de plus en plus significatives avec la déplétion des gisements à haute teneur autour du monde. L’or est trouvé principalement sous forme métallique dans la nature et est fréquemment associé avec des minéraux d’argent ou des sulfures métalliques. Dans la présente thèse, le rôle des minéraux d’argent sur la cyanuration de l’or au sein de sulfures métalliques est étudié en détail relativement aux interactions galvaniques et aux phénomènes de passivation de surface. Puisque les contacts galvaniques permanents naturellement présents à l’intérieur des grains des minéraux sont difficiles à répliquer en utilisant des montages standards d’électrodes à disques rotatifs ou de la pulpe de minerais riches en sulfures, une stratégie utilisant un réacteur à lit fixe (PBR) a été adoptée afin d’isoler et de quantifier les contributions des interactions galvaniques et des réactions de passivation sur les taux de lixiviation de l’or et de l’argent au sein de sulfures métalliques. Des mélanges d’or, de minéraux d’argent et d’autres sulfures métalliques ont été placés dans le réacteur à lit fixe afin de créer des contacts galvaniques inter-particules permanents parmi les constituants. La pyrite, la sphalérite et la stibnite ont été choisis comme sulfures métalliques modèles. De l’argent métallique (Ag), de l’acanthite Ag₂S) et de la pyrargyrite (Ag₃SbS₃) sont pour leur part les minéraux d’argent qui ont été étudiés. Les interactions galvaniques entre l’or, l’argent et la pyrite ainsi que la sphalérite ont résulté en un comportement complexe de la lixiviation de l’or et de l’argent sous l’impact direct des contacts galvaniques ainsi que sous l’impact des effets de passivation. Les minéraux d’argent ont pour leur part démontré un effet amoindrissant pour la lixiviation de l’or dans de la chalcopyrite et de la stibnite. Des stratégies ont été investiguées pour améliorer la cinétique de lixiviation de l’or en présence de minéraux d’argent et de sulfures métalliques. Des solutions de cyanure contant des sels de plomb ont augmenté la récupération de l’or et ont permis une neutralisation des effets négatifs issus de la présence des sulfures métalliques, particulièrement dans le cas de la chalcopyrite. De plus, l’addition de plomb a augmenté les cinétiques de lixiviation de l’or de manière significative pour l’or et l’argent associé à de la pyrite, de la chalcopyrite et de la sphalérite. Un prétraitement à l’aide d’une solution alcaline d’acétate de plomb a été étudié pour les mêmes couples de minéraux et il a été démontré que cette stratégie augmente la récupération de l’or dans le cas de la pyrite, de la chalcopyrite et de la sphalérite. D’autre part, la stibinite a démontré un effet net de réduction de la dissolution de l’or avec des minéraux d’argent. Des films recouvrant la surface des particules d’or dans le cas de la cyanuration de l’or en présence des sulfures métalliques ont aussi été observés dans le cas de la chalcopyrite et de la stibnite. / Numerous non-idealities in gold processing are becoming increasingly significant with the depletion of free-milling oxide ores around the globe. Gold is mostly found in nature in metallic form and is associated with silver minerals and bae-metal sulphides. In the present thesis work, the role of silver minerals on gold cyanidation with base-metal sulphides was elucidated in detail on the relative importance of galvanic interactions and passivation phenomena. As the permanent galvanic contacts, inherently present within the ore grains, are hard to achieve between gold rotating disk electrode and slurried base-metal sulphide-rich ores, a packed-bed reactor (PBR) strategy was thus adopted to single out and quantify the virtual contributions of galvanic interaction and passivation effect on the gold and silver leaching rates during gold cyanidation with silver minerals and base-metal sulphides. The mixtures of gold, silver-minerals and sulphides were filled in the PBR to ensure the permanent particle-particle micro-electrical contacts among all ore constituents. Pyrite, chalcopyrite, sphalerite and stibnite were the sulphidic minerals investigated in the present gold-silver cyanidation study. Metallic silver (Ag), acanthite (Ag₂S) and pyrargyrite (Ag₃SbS₃), were the silver-minerals taken into account. Galvanic interactions were found to alleviate the leaching of gold and silver to various extents, for gold and silver minerals associated with pyrite and sphalerite, both under galvanic and passivation impact from the sulphide minerals. Silver minerals were found retarding to the gold leaching for chalcopyrite and stibnite minerals. Strategies were investigated to enhance the gold leaching kinetics in the presence of silver minerals and base-metal sulphides. Lead containing cyanide solution enhanced gold recovery and was found to neutralize significantly the negative effect of sulphidic minerals, particularly for chalcopyrite. Moreover, lead addition enhanced gold leaching kinetics significantly for gold and silver minerals associated with pyrite, chalcopyrite and sphalerite. Pre-treatment with alkaline lead acetate tested on sulphide associated mixtures of gold and silver minerals affirmed enhanced gold recovery in case of pyrite, chalcopyrite and sphalerite minerals. Stibnite found severely retarding towards gold dissolution with silver minerals. Surface obstructing films were observed on gold particles for gold cyanidation with silver minerals and base-metal sulphides in case of chalcopyrite and stibnite.

Titre de l'écran-titre (visionné le 22 janvier 2024) / Les sulfures aurifères réfractaires nécessitent un prétraitement afin d'augmenter le taux de récupération de l'or par la technique de cyanuration ou par d'autres techniques de mise en solution des métaux précieux. Différentes options de prétraitement peuvent être utilisées pour favoriser l'accès au cyanure vers les grains d'or. Dans ce projet de doctorat, un procédé de bio-oxydation a été utilisé pour pré-oxyder un concentré de sulfures aurifère réfractaires obtenu par la flottation d'un minerai d'or de la mine Betsiaka située au Nord de Madagascar. La taille des particules est l'un des paramètres clés pour augmenter l'efficacité de l'oxydation bactérienne. La première partie de cette recherche avait pour but d'améliorer la bio-oxydation par voie physique, en réduisant la taille des particules de sulfures soumises au traitement bactérien. Trois dimensions de grains de sulfures (D₈₀: 75 μm, 38 μm, et 12 μm) ont été considérées avec deux densités de la pulpe de 10 % et 20 % de solides. Une culture mixte des bactéries Acidithiobacillus ferrooxidans et Acidithiobacillus thiooxidans a été utilisée pour oxyder les sulfures, composés principalement de pyrite. Le temps de séjour de la pulpe dans le bioréacteur a été fixé à 14 jours, suivi d'essais de cyanuration de 48 h des sulfures bio-oxydés. Les meilleurs rendements de dissolution de l'or après la cyanuration des résidus bio-oxydés étaient de 91 % pour le résidu contenant 20 % de solides avec les particules ayant une D₈₀ de 12 μm. Ce rendement est 20 % supérieur à la cyanuration directe sans pré-oxydation bactérienne. Le pré-traitement par oxydation bactérienne génère inévitablement la production de lixiviats acides concentrés en métaux. Ces effluents doivent être traités avant leur réutilisation. La deuxième partie de cette recherche portait sur le traitement des biolixiviats en vue de leur réutilisation dans le procédé de bio-oxydation. Cette réutilisation permet de réduire à la fois la consommation d'eau et des nutriments nécessaires pour les microorganismes. Après deux tests de réutilisation des biolixiviats dans de nouveaux cycles de bio-oxydation, les résultats ont montré que ces biolixiviats réutilisés pouvaient réduire les besoins en azote et en phosphore de 40 % et 36 %, respectivement, avec une étape de bio-oxydation de 14 jours dans un bioréacteur de type cuve agitée. Des tests de cyanuration ont été faits après les deux boucles de recirculation du biolixiviat et le taux de récupération de l'or est resté inchangé à 90 %. Aussi, la réutilisation du biolixiviat a permis d'augmenter les taux de solubilisation des autres métaux présents dans le concentré de sulfures. Ainsi, les rendements de solubilisation du cuivre (concentration initiale de 3 587 mg/kg) et du zinc (concentration initiale de 27 315 mg/kg) sont passés respectivement de 14.8 % et 40.2 % à 37.5 % et 99.6 % après les deux boucles de recirculation du biolixiviat. Il a été affirmé que la chaîne complète de bio-oxydation représenterait des coûts d'investissement et d'exploitation moindres associés à son installation et sont connus pour être avantageux par rapport aux opérations conventionnelles. La troisième partie de cette recherche portait sur l'analyse technico-économique d'une chaîne complète du traitement de l'or à caractère réfractaire. Toutes les données générées à partir de plusieurs paramètres de base ont été utilisées pour développer un modèle technico-économique. Pour ce faire, le logiciel SuperPro Designer V.12.0 a été utilisé pour identifier le potentiel d'industrialisation du projet. Avec un capital total d'investissement (CTI) estimé à 220 M\$ et un coût d'exploitation estimé à 58.27 M\$/an, il est estimé qu'un revenu total de 78.48 M\$/an est réalisable. D'autres données économiques ont également été estimées, telles que la marge brute évaluée à 25.75 %, un retour sur investissement (ROI) de 15.82 %, une période de remboursement de 6.32 ans et un taux de rendement interne (IRR) de 9.55 %. L'ensemble de ce projet a une valeur actuelle nette (VAN) de 34.40 M\$ en considérant un taux d'intérêt de 7 % par an. Une analyse de sensibilité a également été réalisée afin d'évaluer l'effet de quelques paramètres opératoires et de marché sur la rentabilité du projet. Le prix de l'or s'est avéré le paramètre ayant le plus grand impact sur la profitabilité du projet. / Refractory auriferous sulfides require pretreatment to increase the gold recovery rate by the cyanidation technique or by other precious metal solution treatment techniques. Different pretreatment options can be used to promote cyanide access to the gold grains. In this doctoral project, a bio-oxidation process was used to pre-oxidize a concentrate of refractory auriferous sulfides obtained by the flotation of gold ore from the Betsiaka mine located in northern Madagascar. The first part of this research aimed to improve bio-oxidation by physical means, by reducing the size of the sulfide particles subjected to bacterial treatment. Three sizes of sulfide grains (D₈₀: 75 μm, 38 μm, and 12 μm) were considered with two pulp densities of 10 % and 20 % solids. A mixed culture of the bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans was used to oxidize the sulfides, composed mainly of pyrite. The residence time of the pulp in the bioreactor was set at 14 days, followed by 48 h cyanidation tests of the bio-oxidized sulfides. The best gold dissolution efficiencies after cyanidation of bio-oxidized tailings were 91 % for the tailing containing 20 % solids with particles having a D₈₀ of 12 μm. This yield is 20 % higher than direct cyanidation without bacterial pre-oxidation. The pre-treatment by bacterial oxidation inevitably generates the production of acid leachates concentrated in metals. These effluents must be treated before their reuse. The second part of this research focused on the treatment of bioleachates with a view to their reuse in the bio-oxidation process. This reuse makes it possible to reduce both the consumption of water and of the nutrients necessary for the microorganisms. After two tests of reusing the bioleachates in new bio-oxidation cycles, the results showed that these reused bioleachates could reduce the nitrogen and phosphorus requirements by 40 % and 36 %, respectively, with a bio-oxidation step of 14 days in a stirred tank type bioreactor. Cyanidation tests were carried out after the two bioleachate recirculation loops and the gold recovery rate remained unchanged at 90 %. Also, the reuse of the bioleachate made it possible to increase the solubilization rates of the other metals present in the sulfide concentrate. Thus, the solubilization yields of copper (initial concentration of 3.587 mg/kg) and zinc (initial concentration of 27.315 mg/kg) increased respectively from 14.8 % and 40.2 % to 37.5 % and 99.6 % after the two bioleachate recirculation loops. The third part of this research focused on the technical and economic analysis of a complete refractory gold processing chain. All the data generated from several basic parameters was used to develop a techno-economic model. To do this, the SuperPro Designer V.12.0 software was used to identify the industrialization potential of the project. With an estimated total investment capital (TIC) of \$ 220 M and an estimated operating cost of \$ 58.27 M/year, it is estimated that a total revenue of \$ 78.48 M/year is achievable. Other economic data has also been estimated, such as the gross margin valued at 25.75 %, a return on investment (ROI) of 15.82 %, a pay- back period of 6.32 years and an internal rate of return (IRR) of 9.55 %. This entire project has a net present value (NPV) of \$ 34.40 M considering an interest rate of 7 % per year. A sensitivity analysis was also carried out to assess the effect of a few operating and market parameters on the profitability of the project. The price of gold proved to be the parameter having the greatest impact on the profitability of the project.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles / La susceptibilité à la lixiviation de l'or associé à la pyrrhotite issue de calcines de pyrite a été étudiée en mettant l'accent sur les effets des conditions/environnement de grillage et des contacts galvaniques durant la cyanuration. La première partie du travail a examiné le traitement thermique de la pyrite sous différentes atmosphères oxydantes et non-oxydantes, et les résultats ont montré que le grillage à l'air favorisait la coexistence de plusieurs pyrrhotites, tandis que les environnements d'hélium, de CO₂ et de vapeur donnaient à chaque fois une seule stoechiométrie de pyrrhotites hexagonales avec une carence croissante en fer et une porosité décroissante. La deuxième partie du travail s'est orientée à l'utilisation d'une cellule de lixiviation à double couche pour contrôler les contacts électrochimiques entre la poudre d'or et la pyrite brute/grillée pendant la cyanuration. Il a été constaté que la topologie de la pyrrhotite et des oxydes de fer était influencée par le type de traitement de rôtissage, ce qui pouvait avoir un impact sur la cinétique de dissolution de l'or, notamment dans les cas impliquant de l'or réfractaire ou une récalcitrance au prég-robbing du minerai. Par conséquent, lorsqu'il s'agit d'extraire de l'or encapsulé associé à de la pyrite réfractaire qui nécessite un traitement thermique, le grillage à l'air était la plus efficace pour la lixiviation de l'or des calcinés, surpassant à la fois les environnements inertes et oxydatifs doux. De plus, la présence de CO₂ (et/ou d'humidité) dans l'atmosphère de grillage pour imiter la combustion de matière carbonée pourrait améliorer modérément la récupération de l'or, et cela, indépendamment de la présence ou non de contact galvanique avec la pyrite grillée. / The susceptibility of gold associated with pyrrhotite in roasted pyrite calcines to leaching was investigated, with emphasis on the effects of the roasting environment and galvanic contacts under cyanidation conditions. The first part scrutinized the thermal treatment of pyrite under different oxidizing and non-oxidizing atmospheres, and demonstrated that air roasting promoted the coexistence of multiple pyrrhotites, while He, CO₂, and steam environments resulted in single hexagonal pyrrhotites with increasing iron deficiency and decreasing porosity. The second part employed a bilayer leach cell to control the electrochemical contacts between gold powder and raw/roasted pyrite during cyanidation, and found that the topology of pyrrhotite and iron oxides was influenced by the type of roasting treatment, which could impact the kinetics of gold dissolution, particularly in cases involving refractory gold or ore preg-robbing recalcitrance. Therefore, when it comes to extracting encapsulated gold associated with refractory pyrite that requires heat treatment, air roasting was the most effective for leaching gold from calcine, outperforming both inert and mild oxidative environments. In addition, the presence of CO₂ (and/or moisture) in the roasting atmosphere to mimic the combustion of carbonaceous material could moderately enhance gold recovery regardless of whether or not there was galvanic contact with the roasted pyrite.

L'objectif de cette étude est de développer un simulateur d'un circuit de lixiviation de l'or afin d'évaluer les bénéfices de combiner la réconciliation de données, la commande et l'optimisation sur la performance technique et économique du circuit. Le modèle qu'utilise ce simulateur se base sur les bilans de conservation de matière des différentes espèces, tandis que les modèles de cinétique de dissolution du cyanure, de l'or solide et de l'oxygène sont empiriques. Des algorithmes de réconciliation de données ont été élaborés pour des régimes d'opération stationnaire et statique. La réconciliation de données stationnaire sert d'outil de filtrage pour alimenter les boucles de contrôle, alors que la réconciliation de données statique génère les données pour l'optimisation. La stratégie de commande développée fait appel à la rétroaction pour la régulation des concentrations de cyanure ainsi qu'à l'anticipation des perturbations comme les cyanicides. L'optimisation est effectuée en temps réel et calcule des consignes pour les contrôleurs en maximisant un critère économique. L'effet de la longueur de la fenêtre temporelle utilisée pour moyenner les données ainsi que la période d'actualisation des consignes sur la performance économique du circuit de lixiviation sont abordés. Le gain apporté par la combinaison de la réconciliation de données statique et de l'optimisation est aussi évalué.

L’or, en raison de sa rareté et de ses nombreuses applications, est l’un des métaux les plus convoités. Il est principalement recherché pour sa valeur monétaire élevée qui a d’autant plus subi une hausse importante au cours des dernières années. Cette hausse de la valeur de l’or a grandement contribué à modifier le visage des nouveaux projets aurifères mis de l’avant en permettant à plusieurs compagnies d’exploiter des gisements à faibles teneurs ou contenant des minerais difficiles à traiter. Une chute drastique du prix de l’or aurait un impact important sur la rentabilité de ces nouveaux projets. L’une des façons de minimiser ce risque est de cibler une optimisation économique des circuits de cyanuration. Ce projet propose d’optimiser les circuits de cyanuration de l’or par simulation en basant son raisonnement sur la caractérisation de l’accessibilité des surfaces d’or. Pour ce faire, on caractérise cette accessibilité et on exploite ensuite l’information obtenue pour modéliser les différentes étapes d’un circuit conventionnel d’extraction de l’or par cyanuration. Lors de l’étape de broyage, les particules aurifères sont fragmentées pour libérer les surfaces d’or. Étant donné la grande différence de densité entre l’or et la gangue, cette libération a un impact considérable sur la classification gravimétrique des particules. Finalement, lors de l’étape de lixiviation, l’accessibilité des surfaces facilite l’attaque de l’or par le cyanure en présence d’oxygène et joue un rôle primordial sur l’optimisation du circuit. Pour créer des modèles représentatifs, il est essentiel d’avoir en main des données cohérentes et justes. Sans une bonne qualité de données, la calibration et même l’identification de la structure d’un modèle peuvent être faussées. Dans le cas des minerais aurifères, la nature intrinsèque du minerai et les difficultés associées à l’analyse des concentrations en or dans les phases liquides et solides peuvent entraîner des mesures non représentatives de la population globale à caractériser. La première étape de ce projet de recherche consiste donc à explorer l’application de la réconciliation de données aux procédés d’extraction de l’or. Ceci permet de rendre cohérentes les données issues de campagnes industrielles d’échantillonnage et de créer des modèles représentatifs de fragmentation, de classification et de lixiviation. La vitesse de cyanuration est fortement dépendante du degré de libération de l’or et par conséquent de la taille des particules aurifères. Il est donc important d’identifier dans quelle classe granulométrique se trouvent les grains d’or dans le minerai. Le premier modèle proposé dans ce projet permet de caractériser la distribution de l’or dans les différentes classes granulométriques ainsi que son accessibilité. Ceci est effectué en combinant un modèle de libération cubique et un modèle de broyage qui fait intervenir des fonctions de broyage et de sélection différentes pour les particules porteuses d’or et celles de gangue. Le modèle proposé est calibré et validé sur une série d’essais de broyage effectués en laboratoire. La classification gravimétrique influence différemment le partage des particules mixtes, d’or libre et de gangue entre la surverse et la sousverse d’hydrocyclones. Étant donné que les particules mixtes et d’or libre ont des degrés d’accessibilité différents et, par conséquent, des cinétiques de lixiviation différentes, la classification influence la performance des circuits de cyanuration positionnés en aval d’hydrocyclones. On propose donc de coupler le degré d’accessibilité, obtenu par le modèle de broyage, au modèle de Plitt à l’aide de la densité des particules. En bref, selon que l’or est totalement libéré ou attaché à une particule de minerai, son comportement en classification est différent puisqu’il est influencé par la densité de la particule. Le modèle développé est ensuite appliqué à des données industrielles. Pour ce faire, il est cependant nécessaire de faire intervenir un second modèle puisqu’une cyanuration a lieu à l’intérieur des broyeurs de ce circuit. Un modèle simplifié permettant de caractériser la lixiviation de l’or simultanément à la fragmentation du minerai est donc proposé. L’information relative au degré d’exposition des surfaces d’or alimente un modèle phénoménologique de cyanuration. Le modèle intègre les concepts d’exposition et de diffusion tout en tenant compte de la stœchiométrie de la réaction de dissolution de l’or et de la consommation du cyanure par les cyanicides. Des essais en laboratoire sont utilisés pour confirmer la prédominance de la réaction diffusionnelle dans le processus de cyanuration industriel. Ces essais sont également utilisés pour calibrer et valider le modèle proposé. L’ensemble des modèles développés est regroupé dans un simulateur d’usine couplant l’accessibilité des surfaces d’or à sa dissolution. À cette fin, les modèles développés pour des conditions discontinues sont adaptés à une application continue. Finalement, le simulateur est utilisé pour étudier différents scénarios d’optimisation économique de circuits de cyanuration. Les modèles développés et les résultats obtenus sont encourageants et permettent de jeter les bases d’une approche reliant l’accessibilité des surfaces au broyage, à la classification gravimétrique et à la cyanuration de l’or. / Gold, because of its rarity and its various applications is one of the most coveted metals. It is mainly known for its high value that has significantly increased recently. This increase in the value of gold contributed to change the face of new gold projects by allowing companies to exploit low grade deposits or difficult ore to process. A drastic fall in the price of gold would have a significant impact on the profitability of these new projects. One way to minimize this risk is to focus on economic optimization of cyanidation circuits. This project proposes to optimize gold cyanidation circuits with simulation based on the characterization of gold surfaces accessibility. To do so, gold accessibility is characterized. The information is then use to model the different stages of a conventional cyanidation gold extraction circuit. During the grinding step, the gold particles are broken to liberate gold surfaces. Given the high density difference between gold and the non-value minerals, liberation has a significant impact on the gravimetric classification. Finally, during leaching, the accessibility of surfaces facilitates the attack of gold by cyanide in presence of oxygen. This latest link is used to optimize leaching circuits. To create representative models, it is essential to have consistent data. With poor data quality, calibration, and even model structure may be distorted. In the case of gold ores, the intrinsic nature of the ore and the difficulties associated with gold concentration measurements in the liquid and solid phases can lead to non-representative data sets of the ore to characterize. Therefore, the first step of this research project is to explore the data reconciliation application to gold extraction processes measurements. This corrects data from industrial sampling campaigns and allows creating representative models of fragmentation, classification and leaching. Cyanidation kinetic is highly dependent of the degree of gold liberation and consequently is dependant on ore particle size. It is therefore important to identify in which ore size class the gold grains are. The first model proposed in this project characterizes the distribution of gold in different size classes as well as its accessibility. This is done by combining a cubic liberation model and a grinding model that uses different breakage and selection functions for mixed and non-value particles. The proposed model is calibrated and validated on a series of laboratory grinding tests. The gravimetric classification influences differently mixed particles, free gold and free non-value particles partition to the overflow and underflow of hydrocyclones. Liberated gold grains and gold attached to mixed particle have different classification behavior because they are influenced by the density of the particle. Furthermore, mixed particles and liberated gold grains have different degrees of accessibility and different leaching kinetics. Consequently, classification as an influence on cyanidation circuits performances positioned downstream of hydrocyclones. It is therefore proposed to link the information on the degree of gold accessibility obtained by the grinding model to Plitt’s classification model by using particle density. The model is then applied to industrial data. To do so, it is however necessary to introduce a second model since cyanidation takes place inside the mills of this grinding circuit. A simplified model for characterizing the gold leaching simultaneously with the fragmentation of the ore is proposed. Information on the exposure of gold surfaces feed a phenomenological model of cyanidation. The model incorporates the concepts of exposure and diffusion while taking into account the stoichiometry of gold dissolution reaction and cyanide consumption by cyanicides. Laboratory tests are used to confirm that the reaction rate is limited by diffusion in the industrial cyanidation process. These tests are also used to calibrate and validate the proposed model. All the models developed are grouped in a simulator combining the degree of gold surface accessibility to gold dissolution. To this end, the models developed for batch conditions are adapted for continuous application. Finally, the simulator is used to study different scenarios of cyanidation circuit economic optimization. The models developed and the results obtained lay the foundations to integrate liberation to grinding, gravity classification and cyanidation of gold.

Cette thèse de doctorat est divisée en des études sur l'or pur; la corrosion galvanique; et la polarisation de l'or en présence d'oxydes de fer contenus dans un minerai d'or grillé. La dissolution de l’or diminue en présence de magnétite et, augmente en présence d’hématite et de maghémite. Des produits de corrosion et des couches adsorbées ralentissent la dissolution d’or. Pour les études sur l’or pur, une augmentation du pH de 10 à 11 a réduit de 35 fois la densité de courant, alors qu'elle a augmentée de 32 fois en diminuant l'agitation de 100 à 60 tr/min. Les études potentiostatiques, à trois potentiels anodiques, montrent que l'augmentation de la concentration de cyanure, du pH, et du potentiel diminuent la densité de courant. Des films d'oxydes d'or ont été identifiés par XPS. La mesure du bruit électrochimique est un outil prometteur pour estimer la vitesse de corrosion in situ. Pendant les tests de corrosion galvanique, utilisés en mode ampèremètre zéro-résistance, les électrodes minérales testées ont eu un effet négatif sur la lixiviation de l’or selon l’ordre décroissant : magnétite, magnétite-hématite avec des surfaces égales, et minerai d'or grillé. Cependant, la maghémite et l'hématite ont eu un effet positif. La concentration d'ions solubles et la vitesse de diffusion pourraient retarder ou favoriser la dissolution. L’argent a été identifié par XPS sur la surface de l’or, suggérant, une passivation partielle. À partir des études de polarisation potentiodynamique, l'hématite, en tant que composé système “combiné d'anode Au-hématite”, favorise le courant de corrosion anodique de 12%, alors que la magnétite abaisse le courant (de 11%). Les études de deux cellules séparées ont été réalisées pour révéler l’influence des ions solubles dans la dissolution de l’or. Le balayage du potentiel circuit ouvert jusqu’à vers des valeurs cathodiques en présence d'oxygène atmosphérique et de cyanure montre des vitesses de corrosion, déduites des pentes de Tafel, sont proches des à valeurs industrielles. La vitesse de lixiviation de l'or diminue de 40% en présence de pulpe de magnétite, alors que celle-ci augmente, respectivement de 25% et 10% pour l'hématite et la maghémite. MEB-EDX confirment l'effet négatif de la magnétite par la présence d’une forte accumulation d’oxydes de fer sur la surface de l'or. De faibles quantités d'or ont été identifiées sur les particules de magnétite par XPS. La séparation magnétique des résidus de cyanuration a été suivie la caractérisation électrochimique du concentré et des rejets. / This Ph.D. thesis is divided into studies using pure gold; galvanic corrosion; and gold polarization in presence of iron oxides of roasted gold ore. Gold dissolution decreases in the presence of magnetite, and increases in the presence of hematite, and maghemite. The corrosion products and adsorbed layers lead to a slowdown of gold dissolution. For pure gold study, increasing pH from 10 to 11 results in a current density lower by 35 times, while it increases by 32 times with decreasing agitation from 100 to 60 rpm. At three anodic potentials, potentiostatic studies show that increasing cyanide concentration, pH, and potential decrease the current density. Au oxides have been identified by XPS. Electrochemical noise measurement is promising tool with its in-situ corrosion rate estimation. In galvanic corrosion studies, employing zero-resistance ammeter (ZRA) mode, the tested mineral electrodes show a negative effect on gold leaching in decreasing order: magnetite, magnetite-hematite with equal surfaces, and roasted gold ore. However, maghemite and hematite show a positive effect. Concentration of soluble ions and diffusion rate could retard or promote gold dissolution. Silver has been identified by XPS on gold surface suggesting partial passivation. In potentiodynamic polarization studies, hematite, as a part of the combined “Au-hematite anode” system promotes anodic corrosion current by 12%, while magnetite shows negative effect (11%). Two separate container tests have been considered to examine the influence of soluble ions on gold dissolution. Scanning from open circuit potential to more cathodic values in presence of atmospheric oxygen and cyanide shows corrosion rates obtained from Tafel slopes close to industrial practice. Gold leach rate decreases by 40% with magnetite slurry, whereas it increased by 25% and 10% for hematite and maghemite, respectively. SEM-EDS findings have confirmed the negative effect of magnetite due to the high accumulation of iron oxides on the gold surface. Low amounts of gold in magnetite particles are identified by XPS. Magnetic separation of leach tailings has been followed by electrochemical characterisation of the concentrate and the residues.

Pour déchiffrer le rôle de minerais sulfureux sur la cyanuration de l’or, une étude détaillée sur l’importance relative des phénomènes de passivation (PP) et d’interactions galvaniques (IG) a été menée dans le présent travail de thèse. Une électrode tournante à disque (RDE) Au/Ag plongée successivement dans une série de pulpes préparées à partir d’une large gamme de sulfures métalliques a révélé l’impact négatif de ces derniers sur la lixiviation de l’or. Puisque les contacts galvaniques permanents entre électrode tournante à disque d’or (RDE) et suspensions de minerais sulfureux sont difficiles à mettre en œuvre, les tests standards de cyanuration réalisés en mode RDE/slurry ont plutôt tendance à surestimer l’importance des PP sur l’effet aidant des IG, intrinsèquement présents dans les particules minérales. Ainsi, un nouveau réacteur électrochimique à lit fixe (PBER) a été développé et testé pour découpler et quantifier les contributions individuelles des PP et d’IG sur la lixiviation de métaux précieux (or et argent, PM) lors de la cyanuration de minerais riches en sulfures. Le réacteur a été chargé de mélanges homogénéisés, de sulfures et de poudres d’or et d’argent, où y sont établis les contacts galvaniques permanents à l’échelle inter-particulaire entre tous les constituants. Les IG améliorent, à des degrés variables, la lixiviation des métaux précieux, particulièrement celles dues à la pyrite, à la chalcopyrite et à un minerai industriel ont été tellement positives qu’elles l’emportent largement sur les effets négatifs dus aux PP. L’extension de la nouvelle approche du PBER pour prendre en considération les caractéristiques minéralogiques de plusieurs systèmes multi-minéraux a montré que les IG Au- sulfures ont été le paramètre le plus important contrôlant la lixiviation de l’or. Finalement, plusieurs stratégies ont été testées pour améliorer la cinétique de cyanuration de l’or en présence de sulfures inhibiteurs. La galène neutralise largement l’effet négatif de la dissolution des minéraux sulfureux sur la lixiviation de l’or. Des tests de pré-oxydation menés sur des sulfures individuels puis sur leurs mélanges associés ont montré que les IG sulfure-sulfure se produisant lors de l’étape de pré-oxydation au sien du mélange peuvent donner lieu à des résultats totalement différents pendant la cyanuration. / To elucidate the role of sulfide ores on gold cyanidation, a detailed study on the relative importance of passivation phenomena (PP) and galvanic interactions (GI) was carried out in the present thesis work. A Rotating Disc Electrode (RDE) Au/Ag disc immersed successively in slurries of a wide range of sulfide rich ores emphasized the negative impact of sulfide minerals on the gold leaching rate. Because permanent GI between gold RDE and slurried sulfide-rich ores are uneasy to achieve, the standard gold RDE/slurry cyanidation arrangement has a tendency to inflate overly the importance of PP over the corrective trend of GI inherently present within the ore grains. A new packed-bed electrochemical reactor (PBER) was thus developed and tested to decouple and quantify the individual contributions of PP and GI on precious metal (gold and silver, PM) leaching rates during cyanidation of sulfidic ores. The PBER was filled with mixtures of sulfide minerals, gold and silver powders, where permanent (inter)particle-particle electrical contacts were ensured among all constituents. GI were found to ameliorate, to various degrees, the leaching of PM, particularly those due to pyrite, chalcopyrite and an industrial ore were so positive that they largely outweighed the negative impact of PM passivation. Extending the new PBER approach to consider the mineralogical characteristics of several multi-mineral systems indicated that GI between gold and sulfide mineral particles were the most important parameters affecting gold leaching. Several leveraging strategies were tested to increase gold cyanidation kinetics in the presence of PM-leaching inhibiting sulfide minerals. Galena was found to largely neutralize the negative effect of sulfide minerals dissolution on gold leaching. Pre-oxidation tested on individual sulfide minerals and on their associated mixtures revealed that GI occurring between conducting phases present in the ore may give rise to totally different cyanidation responses.

Avec l'augmentation rapide du prix de l'or depuis 10 ans, les producteurs d'or se tournent vers les gisements à plus faible teneur et contenant des minerais plus difficiles à traiter donnant des rendements plus faibles que les minerais conventionnels. Les producteurs doivent par conséquent s'assurer que des baisses importantes du prix de l'or affectent le moins possible la rentabilité de leur opération. Ces producteurs veuillent par conséquent à maintenir des coûts de production faibles et aussi à maximiser les rendements des opérations. Ce projet aborde des approches permettant d'étudier par simulation le choix de la réduction granulométrique d'un minerai pour maximiser la récupération des espèces de la valeur. La première étape du traitement d'un minerai d'or est la réduction granulométrique de la roche pour en libérer les grains d'or ou encore exposer leur surface pour les subséquentes étapes de récupérations. La récupération de l'or dans le minerai broyé s'effectue habituellement par des méthodes gravimétriques suivies d'une dissolution de l'or avec le cyanure. Les récupérations gravimétriques et chimiques qui suivent la réduction granulométrique sont fortement liées à la façon dont les grains d'or sont libérés de la particule de gangue. Le projet vise par conséquent à développer une méthode pour tenter de prédire les propriétés de libération et d'exposition des grains d'or à partir d'informations sur le minerai et d'utiliser ces propriétés de libération pour prédire le comportement de l'or dans un circuit de cyanuration. Le premier défi relevé dans ce doctorat a été celui de prédire la distribution des grains de l'or en fonction de la taille des particules de minerai. Des essais de broyage d'un minerai d'or ont en effet montré que l'or n'est pas distribué aléatoirement dans les classes granulométriques. Puisque la vitesse de cyanuration varie avec la taille des particules, il est important d'identifier où se trouvent les grains d'or dans le minerai. À cet effet, on a développé un modèle de broyage qui utilise des fonctions de broyage et de sélection pour la gangue non-minéralisée du minerai et pour les particules porteuses d'or. Pour arriver à prédire de la distribution de l'or dans les classe granulométriques on a aussi utilisée des mesures de la distribution des grains d'or selon leur taille, ce qui n'avait jamais été rapporté dans la littérature. Il a cependant aussi été nécessaire de poser des hypothèses comme la 11 nonbroyabilité de l'or et l'impossibilité d'avoir plus d'un grain d'or par particule de minerai. Une fois que la distribution de l'or dans les classes granulométrique est connue, il faut s'attarder à déterminer de quelle façon les grains d'or pourraient être exposés à l'environnement chimique de lixiviation. Pour obtenir cette information, on a utilisé une méthode numérique qui génère des particules de différentes formes autour d'un grain d'or de forme quelconque. La génération des particules est faite selon une tessellation de Voronoi qui n'a probablement jamais utilisé pour une application de ce type. Une fois les particules générées, on isole la particule qui contient la plus grande portion du grain d'or et on analyse les propriétés d'exposition de ce grain. On peut alors le classer comme libéré, fortement ou peu exposé à l'environnement, ou encore encapsulé dans la particule, mais accessible à traverse des pores ou des fractures dans le minerai. L'information sur le type d'exposition des particules et la distribution granulométrique des grains d'or alimentent un simulateur pour la cyanuration qui tient compte de ces données pour prédire le degré de dissolution de l'or. On dispose donc d'un premier prototype de simulateur intégrant broyage et lixiviation. Ce prototype permet d'étudier l'effet de la réduction granulométrique sur le rendement or d'un procédé Cette approche est probablement une première dans les travaux de simulation des usines de traitement des minerais d'or. Le simulateur de broyage libération et dissolution a été calibré avec des données expérimentales provenant d'essais de broyage et de cyanuration conduits avec le minerai de la mine de Géant Dormant au Québec. Les résultats obtenus sont encourageants et devraient motiver la poursuite des travaux sur la modélisation intégrée du broyage et la récupération des espèces de valeur dans les minerais.