Services de conseil en modélisation et simulation de procédés métallurgiques

La simulation de procédés métallurgiques repose sur l’utilisation de modèles mathématiques qui reproduisent le comportement d’un circuit de traitement des minerais ou d’enrichissement hydrométallurgique.

Ces modèles décrivent la manière dont les matières circulent à travers les opérations unitaires — concasseurs, broyeurs, classificateurs, cellules de flottation, réacteurs de lixiviation, épaississeurs — et comment chaque opération transforme les caractéristiques de la matière d’alimentation en produits, résidus et résidus miniers.

Les paramètres du modèle sont calibrés à partir de données mesurées en usine ou issues d’essais, afin que la simulation reflète le comportement réel du procédé, et non des performances théoriques idéales.

La simulation s’avère nécessaire chaque fois que des décisions comportent un risque technique ou financier qui ne peut être résolu uniquement à l’aide de données d’exploitation ou d’essais. Parmi les situations typiques, on peut citer les études de faisabilité et les projets de conception technique, la comparaison et la validation des schémas de traitement, le dimensionnement des équipements pour les circuits de broyage et de séparation, l’analyse de scénarios concernant les transitions entre zones minéralisées ou la modification des mélanges d’alimentation, ainsi que l’optimisation du taux de récupération lorsque les interactions entre les circuits empêchent de déterminer la meilleure stratégie d’exploitation à partir des seuls essais en usine.

Un bilan matière est un exercice comptable statique: il permet de vérifier que les entrées sont égales aux sorties au niveau d’une limite de système définie, à un point de fonctionnement donné, et fournit ainsi une image cohérente des performances pour un ensemble spécifique de conditions.

La simulation de procédés va encore plus loin. Ce modèle intègre le comportement physique et chimique de chaque opération unitaire et permet de prédire la manière dont le circuit réagira aux variations des caractéristiques de l’alimentation, de la granulométrie, de la minéralogie du minerai, des conditions d’exploitation ou de la configuration des équipements. Il répond à la question « Que se passera-t-il si… ? » pour des conditions qui n’ont pas encore été testées.

Chez CASPEO, la simulation et le bilan matière sont complémentaires et se succèdent : la réconciliation de données BILCO fournit les données d’usine vérifiées et cohérentes en interne qui permettent d’étalonner et de valider les modèles de simulation élaborés dans USIM PAC. Un modèle de simulation élaboré sans s’appuyer sur un bilan matière rapproché repose sur des hypothèses non vérifiées.

Ces trois disciplines forment un cadre unique et intégré, au sein duquel la qualité de chacune d’entre elles dépend directement de celle de la précédente.

L’échantillonnage permet de déterminer si les données d’étude reflètent fidèlement les conditions du circuit pour l’ensemble des types de minerais et des états de fonctionnement.

Le rapprochement du bilan matière permet de transformer les données mesurées en une image cohérente des performances, dont les incertitudes sont quantifiées, en corrigeant le bruit de mesure et en garantissant la cohérence interne.

La simulation de procédés utilise des modèles étalonnés — validés par rapport à des données d’étude harmonisées — afin de prédire la manière dont le circuit réagira aux modifications qui n’ont pas encore été apportées, notamment les transitions entre zones minéralisées, les modifications de la granulométrie de broyage, les changements de stratégie en matière de réactifs et les reconfigurations du schéma de traitement.

Investir dans la simulation sans s’être préalablement assuré de la qualité de l’échantillonnage et de la rigueur du rapprochement des données constitue un risque. CASPEO dispose de capacités intégrées couvrant ces trois disciplines au sein d’une même équipe. Nos études de simulation s’appuient sur des données qui ont été vérifiées de manière indépendante avant même que le moindre paramètre du modèle ne soit ajusté.

Pour être fiable, un modèle de circuit d’enrichissement doit au minimum comporter : des données de caractérisation du minerai d’alimentation, notamment la distribution granulométrique, la minéralogie, l’analyse de libération, la teneur d’entrée et la dureté du minerai ; un schéma de procédé complet avec les paramètres des opérations unitaires ; les spécifications des équipements ; ainsi que des données de performance mesurées issues d’études sur site, d’essais dans l’usine pilote ou d’essais en laboratoire.

Pour les usines en exploitation, les données d’étude représentatives de l’usine, recoupées avec un bilan matière en régime permanent, constituent l’élément d’entrée le plus crucial. Pour les projets de nouvelle implantation, les modèles de simulation sont élaborés progressivement à mesure que les données issues des essais s’affinent, la caractérisation du minerai (minéralogie, broyabilité, cinétique de flottation, comportement à la lixiviation…) servant de base à chaque étape de l’étude.

Oui, et c’est l’une de ses applications les plus utiles. Au stade de l’étude de faisabilité, les modèles de simulation sont élaborés à partir des données issues des essais en laboratoire et des essais pilotes, combinées à des hypothèses techniques concernant le choix des équipements et les conditions d’exploitation.

Elles permettent aux équipes de projet de prévoir le taux de récupération métallurgique et la teneur des produits pour différents types de minerais et différentes zones minières, de dimensionner les équipements de broyage et de séparation en fonction des exigences de conception, de comparer différentes configurations de schémas de traitement sur une base quantitative cohérente, et de soumettre les modèles financiers à des tests de résistance à l’aide d’analyses de sensibilité fondées sur le comportement des procédés plutôt que sur des estimations ponctuelles.

CASPEO travaille en étroite collaboration avec les équipes de projet afin d’évaluer la qualité des données issues des essais et d’identifier les lacunes dans la caractérisation du minerai qui pourraient compromettre la fiabilité des prévisions de rendement.

USIM PAC est le logiciel de modélisation et de simulation de procédés spécialement conçu par CASPEO pour les opérations de traitement des minerais et d’enrichissement hydrométallurgique. Développé et amélioré en permanence depuis plus de 30 ans, il couvre l’ensemble des opérations unitaires de la chaîne de valeur « de la mine au métal » – du broyage et de la classification à la flottation, en passant par la lixiviation, l’extraction par solvant et la séparation solide-liquide. USIM PAC est reconnu dans la recherche sur le traitement des minerais, évaluée par des pairs, comme une plateforme de simulation de référence pour la modélisation des circuits d’enrichissement.
L’équipe de conseil de CASPEO utilise USIM PAC comme moteur technique pour toutes ses études de simulation. USIM PAC est également disponible sous forme de licence logicielle autonome pour les équipes d’ingénierie internes souhaitant développer et maintenir leurs propres capacités de simulation.

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González M., Brochot S. (2018) – Développement d’un modèle de broyeur SAG basé sur l’essai de conception SAG : application à la conception et à l’optimisation d’une usine. Actes de l’IMPC 2018, XXIXe Congrès international sur le traitement des minéraux, Moscou, Russie, référence de l’article 587, pp. 1-9.
https://onemine.org/documents/development-of-a-sag-mill-model-based-on-the-sagdesign-test-application-to-plant-design-and-optimization

Oui. L’expertise de CASPEO en matière de simulation couvre l’ensemble des procédés de traitement hydrométallurgiques, y compris la cinétique de la lixiviation en tas et en cuve, l’extraction par solvant et l’électro-extraction, l’échange d’ions et la précipitation, l’élimination des impuretés et la purification des solutions.

Pour les gisements polymétalliques, les minerais complexes ou réfractaires et les matières secondaires, lorsque les procédés de traitement combinent l’enrichissement physique et le traitement chimique, CASPEO modélise l’ensemble du schéma de traitement intégré au sein d’un environnement de simulation unique, en tenant compte des interactions entre les différentes étapes qui seraient négligées si les étapes de séparation physique et d’hydrométallurgie étaient modélisées séparément.

Les données de l’usine décrivent ce qui s’est produit dans des conditions passées et pour un type de minerai spécifique. Elles ne permettent pas de prédire comment le circuit se comportera dans différentes zones minières, après des changements d’équipement ou à des débits différents.

Une étude de simulation s’avère nécessaire lorsque :

• Les transitions entre les zones minéralisées approchent et il convient de quantifier leur impact sur les exigences en matière de granulométrie, la libération des minéraux, le taux de récupération et la qualité du concentré avant qu’elles n’atteignent l’usine
• Une décision cruciale se profile ; des écarts de rapprochement persistent malgré la bonne qualité des données
• l’optimisation par le biais d’essais dans les usines a atteint un plateau
• Une étude de faisabilité nécessite des prévisions de rendement pour toute une gamme de types de minerais que les données issues des essais ne peuvent à elles seules couvrir.

Chaque modèle est accompagné d’un rapport technique décrivant sa structure, les données d’étalonnage, les hypothèses relatives à la caractérisation du minerai, ainsi que ses limites d’applicabilité, notamment les types de minerai et les conditions d’exploitation pour lesquels les prévisions sont fiables.

CASPEO travaille en étroite collaboration avec les équipes d’ingénieurs de ses clients tout au long du processus, afin que les personnes chargées d’utiliser et d’assurer la maintenance du modèle comprennent comment celui-ci a été élaboré et quelles sont ses limites. Pour les équipes souhaitant développer des capacités de simulation en interne, la formation USIM PAC couvre la construction de modèles, leur étalonnage et l’analyse de scénarios, ce qui permet aux clients de mettre à jour leurs modèles de manière autonome à mesure que les zones minéralisées changent ou que le schéma de traitement évolue.

La simulation établit un lien direct entre les indicateurs de développement durable et les décisions opérationnelles, ce qui permet d’évaluer les compromis, de fixer des objectifs réalistes et de démontrer les progrès réalisés sur la base d’une approche technique transparente.

CASPEO utilise la simulation pour modéliser les circuits d’eau et les stratégies de réutilisation, la consommation d’énergie liée au broyage (qui constitue le principal coût énergétique d’exploitation), l’utilisation de réactifs et les rejets dans l’environnement pour différents types de minerais, le comportement des résidus et leurs caractéristiques de dépôt en vue de la planification de la fermeture, ainsi que les opportunités offertes par l’économie circulaire, notamment le retraitement des matières secondaires. Chaque indicateur de développement durable repose sur le même modèle d’enrichissement calibré que celui utilisé pour évaluer les performances métallurgiques.