Rapport d'étude | Cyanuration dans l'industrie minière

6 septembre 2021
SystExt

La réforme du Code minier lancée en 2019 s’est traduite par l’introduction de deux articles (20 et 21) dans le Projet de loi climat (1). 213 amendements ont été déposés concernant ces deux articles, parmi lesquels 3 portaient sur une interdiction de l’utilisation des technologies à base de cyanure dans l’industrie minière. Bien que ces derniers aient été rejetés, ils ont permis de réintroduire dans le débat parlementaire cette question, par ailleurs régulièrement soulevée par la société civile française et européenne.

Dans ce contexte, l’association WWF a sollicité SystExt afin de disposer d’une synthèse technique sur la cyanuration dans l’industrie aurifère. La demande portait sur un bilan vulgarisé qui permette d’appréhender : les caractéristiques techniques de cette méthode de traitement du minerai ainsi que les principaux risques technologiques associés.

► Le rapport d’étude est téléchargeable au bas de cette page.

Les résultats de l'étude sont détaillés et sourcés dans le rapport d'étude, seule une synthèse en est dressée ici.

• Minerai d’or et cyanuration

La cyanuration est le premier procédé de traitement du minerai employé par l’industrie aurifère et concerne 80% de la production mondiale d’or. Deux réactifs sont utilisés à cet effet : le cyanure de sodium (NaCN) et, dans une moindre mesure, le cyanure de potassium (KCN). Chaque année, on estime que 20% de la production de cyanure d’hydrogène sert à la fabrication de cyanure de sodium (NaCN). 80 à 90% de ce dernier est utilisé pour l’industrie minière. Ainsi, si la mine représente une part faible de la demande globale en cyanure d’hydrogène, elle concerne cependant la quasi-totalité de la filière du cyanure de sodium.

Tenant compte de la teneur en or particulièrement faible des gisements aurifères - avec une moyenne de 1.18 g/t en 2015 - les quantités de minerai à traiter sont nécessairement considérables. Un milliard de tonnes de minerai est traité chaque année dans le monde à l’aide d’une solution cyanurée pour récupérer l’or, ce qui représente le plus grand tonnage de matières premières minérales traitées chimiquement

Dans un gisement, l’or peut se présenter sous deux formes - libre ou liée - tel que représenté ci-dessous. Cette distinction est importante car elle conditionne les possibilités de traitement du minerai d’or.

Schéma conceptuel des deux formes de l’or, libre ou liée | SystExt · Mars 2021 · cc by-sa-nc 3.0 fr

• Cyanuration et amalgamation

Bien que l’amalgamation (2) soit désormais interdite dans la majorité des pays, elle se poursuit sur de nombreux sites miniers à petite échelle, à travers le monde. Dans ce cadre, il est régulièrement affirmé que la cyanuration a été développée afin de se substituer à l’amalgamation, compte-tenu des conséquences sanitaires et environnementales graves de ce dernier procédé.

Si l’arrêt de l’utilisation du mercure ne peut être récusé, SystExt souhaite rappeler que la cyanuration n'a pas été développée pour se substituer à l'amalgamation, mais pour valoriser des gisements dans lesquels l’or présente des formes spécifiques, en particulier sous forme liée. Dans les faits, l'avènement du cyanure dans l’exploitation aurifère s’est fait dans les années 1890 lors du développement du complexe minier aurifère du Witwatersrand en Afrique du Sud ; les anciennes méthodes de traitement (amalgamation ou chloration) ne permettant alors plus de récupérer suffisamment d’or dans les nouvelles zones exploitées, seulement 55 à 65 %.

Installation de traitement par cyanuration dans le Witwatersrand vers 1900 | Photo : Horace W. Nicholls, Johannesburg · Internet Archive Book Images dans South Africa and the Transvaal war · Aucune restriction de droits d'auteur connue

• Technologies de lixiviation au cyanure

La cyanuration (ou lixiviation au cyanure) consiste à extraire des substances solubles à l’aide d’une solution cyanurée. En effet, pour "isoler" l’or du reste du mélange (qui contient d’autres métaux et substances), il est nécessaire de le "dissoudre".

Plusieurs techniques peuvent être mises en œuvre : la lixiviation statique (en tas, en décharge et en fosse) et la lixiviation dynamique (en cuve et en autoclave). À l’échelle mondiale, la diminution des teneurs en or et la raréfaction des gisements facilement exploitables entraînent le développement de la lixiviation en tas. Selon les auteurs, 15 à 30 % de la lixiviation au cyanure se ferait en tas. Une installation de lixiviation en tas peut être implantée dans un délai bien plus court que celle d’une lixiviation en cuve, pour environ un tiers du coût d’investissement. En revanche, le retour d’expérience international montre que cette technique est à l’origine d’impacts sur les eaux souterraines et de surface particulièrement graves.

Bassin de collecte des eaux, en pied d'un dépôt traité par lixiviation en tas, mine d'or de Yanacocha, Pérou | Euyasik · Août 2005 · cc by-sa 4.0

En outre, le traitement du minerai d’or ne se limite pas à la cyanuration. De nombreuses étapes s’avèrent nécessaires après cette phase (récupération, électrolyse et raffinage), mais aussi avant (concassage, broyage, gravimétrie, flottation et/ou grillage), tel que le rappelle le schéma ci-dessous.

SystExt souhaite insister sur l’importance et la pluralité des procédés mis en œuvre avant et après la cyanuration, d’autant qu’il est attendu que les procédés de traitement se complexifient, avec l’augmentation de cas de minerais complexes et réfractaires (3). Si la lixiviation au cyanure constitue déjà un défi puisqu’il s’agit de limiter les risques associés à l’utilisation de cette substance dangereuse, la complexification de cette étape du traitement, des étapes qui la précèdent et de celles qui la suivent, soulèvent de nouveaux enjeux technologiques en termes de maîtrise des impacts et de limitation des risques.

Étapes de traitement qui peuvent être réalisées sur un minerai d’or ; (SystExt, 2020) modifié et traduit d’après (Norgate & Haque, 2012) | SystExt · Mars 2021 · cc by-sa-nc 3.0 fr

• Toxicité et écotoxicité

En solution, après réaction avec le minerai, plusieurs types de cyanures se forment, que l’on peut regrouper en quatre catégories : les cyanures libres, les cyanures simples, les complexes cyanurés et les produits de dégradation. Ils présentent des toxicités variables, tel que détaillé dans le tableau ci-dessous (4).

La toxicité et l’écotoxicité des principaux types de cyanures sont très largement documentées et ne sont pas contestées. Cependant, les débats se polarisent souvent sur les cyanures libres, la catégorie la plus toxique. Or, bien que généralement moins toxiques que les autres types de cyanures, les produits de dégradation (cyanates et thiocyanates) sont connus pour être toxiques pour les organismes aquatiques et peuvent persister dans l’environnement pendant de longues périodes.

Classification et caractéristiques en termes de toxicité des différents types de cyanures rencontrés sur les sites miniers (du haut vers le bas du tableau : stabilité croissante et toxicité décroissante) ; adapté de (Moisan & Blanchard, 2013) | SystExt · Avril 2021 · cc by-sa-nc 3.0 fr


► Lors de ses recherches, SystExt s'est rendue compte que les publications s'attardaient sur certains risques technologiques liés à l'utilisation du cyanure : transport, stockage, rupture de digues. Or, sans remettre en cause l'importance de ces risques, il en existe d'autres, considérés par de nombreux experts comme prépondérants. Seuls ces derniers seront donc présentés ci-après, bien que tous les risques soient développés dans le rapport. 

• Risques liés aux installations minières

Dans l’ouest de l’Australie, entre 1994 et 2003, 75 incidents impliquant du cyanure ont été rapportés auprès du Department of Industry and Resources. 75% sont survenus dans des usines de traitement du minerai d'or pendant le déchargement, la manutention, le mélange des réactifs, les opérations de traitement, de nettoyage et d'entretien, ou résultaient d'une défaillance des équipements. Même si ces incidents impliquaient le rejet de solutions ou de vapeurs de cyanure, ils ont été rattachés uniquement à une problématique de santé et sécurité au travail. 25% impliquaient le rejet (avéré ou potentiel), dans l'environnement de solutions cyanurées.

Dans les usines de traitement du minerai, une attention toute particulière doit tout d'abord être portée au risque de dégagements gazeux de cyanure d’hydrogène, qui est aisément absorbable et extrêmement toxique. Ce phénomène peut se produire dès lors que le pH est inférieur à 10 (environ) pour toute étape utilisant du cyanure. Il est également impératif que le stockage du cyanure de sodium se fasse dans un environnement sec. En effet, le cyanure de sodium peut réagir violemment avec l’eau et générer du cyanure d’hydrogène (HCN) - qui a la particularité d’être très inflammable en plus d’être toxique - et de la soude caustique (NaOH), qui est très corrosive.

La plupart des rejets de cyanure proviennent de la défaillance ou de l’endommagement du matériel qui équipe les installations de traitement du minerai d’or. Ces phénomènes peuvent se produire au niveau des cuves de lixiviation, des unités de stockage, des conduites, etc. Ils peuvent être aggravés par des erreurs humaines ou des facteurs climatiques (notamment en cas de gel).

Installation de traitement du minerai et cuves de cyanuration, Mine d'or de Sunrise Dam, Australie | Calistemon · Août 2009 · cc by-sa 4.0

• Risques liés aux effluents et déchets miniers

Selon plusieurs auteurs, le principal risque associé à l’utilisation de cyanure dans l’industrie aurifère est le risque de pollution des eaux de surface et des eaux souterraines.

Le traitement du minerai d’or est à l’origine de volumes considérables de déchets miniers pouvant contenir des cyanures, qui résultent :
- soit de la mise en dépôt de matériaux pour la lixiviation statique (en tas, en décharge, en fosse) ;
- soit du traitement du minerai d’or sur lequel auront été réalisées des opérations de lixiviation au cyanure et/ou des prétraitements.

Les aires de stockage de déchets miniers associées - respectivement appelées "bassins de lixiviation" et "parcs à résidus" - peuvent présenter des surfaces très importantes (pouvant atteindre plusieurs kilomètres carrés), et sont le plus souvent recouvertes d’une couche d’eau. Des phénomènes de ruissellement, d’érosion, de fuites et d’infiltration, peuvent se produire au niveau et dans l’environnement des aires de stockage de déchets miniers. Ces défaillances chroniques sont bien moins documentées alors qu’elles sont particulièrement problématiques.

Les ruptures des aires de stockage de déchets miniers (bassins de lixiviation ou parcs à résidus) représentent une problématique récurrente dans l’industrie minière. Le phénomène a pour conséquence de déverser brutalement des quantités importantes d’eaux et de boues dans l’environnement. Les conséquences d’une telle rupture peuvent être catastrophiques dans le cas des mines d’or du fait, en particulier, de la présence de composés cyanurés.

De plus, les aires de stockage de déchets miniers constituent des réserves d’eau, auxquelles les animaux peuvent parfois facilement accéder. À titre illustratif, entre 1980 et 1989, 7 000 oiseaux morts ont été retrouvés dans les bassins de lixiviation des mines d’or dans l’ouest des États-Unis. Actuellement, les cas de mortalité étendue (concernant des centaines ou des milliers d’animaux) ne sont que rarement rapportés, et trop peu de données concernant l'impact réel sur la biodiversité sont publiées.

Parc à résidus, mine d'or de Goldstrike, États-Unis | © Ecoflight · Lien

• Gestion des effluents et des déchets miniers

De nombreux pays ont durci leur règlementation en ce qui concerne la concentration en cyanure des eaux et boues évacuées dans les aires de stockage. Ils ont fait de même pour les eaux rejetées dans l’environnement. Ainsi, les exploitants miniers réalisent de plus en plus fréquemment des opérations de traitement de ces eaux et matériaux cyanurés. Il existe deux méthodes pour ce faire : la "destruction du cyanure" et le "recyclage du cyanure".

La destruction du cyanure ne consiste pas en une "suppression" des composés cyanurés, mais en leur dégradation en des formes moins toxiques, généralement en cyanates. Il existe un grand nombre de procédés de destruction du cyanure mais celui de l’atténuation naturelle (5) reste privilégié et présente de nombreuses limites.

Le recyclage du cyanure consiste à récupérer le cyanure présent dans les effluents et déchets miniers (6) puis à le réutiliser dans le traitement du minerai. Bien que le recyclage du cyanure ait démontré son efficacité, seuls 8 sites miniers dans le monde emploient cette méthode (exception faite de la récupération directe (7)). Cette situation s’explique principalement par des motifs économiques, l’approvisionnement en cyanure "neuf" étant le plus souvent moins cher que la mise en œuvre de ces procédés.

Parc à résidus contenant des effluents cyanurés, mine d'or de Rosebel, Suriname | © Probios · Lien

• Techniques alternatives à la cyanuration

L’étude des techniques alternatives à la cyanuration n’est pas issue d’une prise en compte grandissante des risques environnementaux et sanitaires associés à l’utilisation du cyanure. Elle résulte de la nécessité de traiter des minerais réfractaires, pour lesquels la cyanuration ne permet pas de récupérer l’or.

C’est le cas, par exemple, du seul site aurifère au monde mettant en oeuvre une lixiviation alternative à l’échelle industrielle : la mine d’or de Goldstrike, aux États-Unis.

27 lixiviants alternatifs au cyanure ont ainsi été étudiés par des exploitants miniers et des laboratoires, mais seulement 6 ont fait l'objet de recherches approfondies ces 10 dernières années. Selon SystExt, quatre caractéristiques différencient ces techniques alternatives de la cyanuration :
- Une meilleure efficacité sur les minerais réfractaires qui ne peuvent être traités par cyanuration ;
- Une plus grande vitesse d’extraction de l’or ;
- Une toxicité très inférieure à celle du cyanure ;
- Un impact potentiel sur l’environnement plus faible.

Bien que plus de 1 000 publications scientifiques traitent des lixiviants alternatifs au cyanure, la très grande majorité des procédés étudiés n’en sont encore qu’au stade de développement. L’un des facteurs clés qui justifient la prédominance du cyanure dans l’industrie aurifère est lié à la stabilité de ce lixiviant et des complexes qu’il forme avec l’or. Un second facteur clé est probablement d’ordre économique.

Concernant les risques sanitaires et environnementaux associés aux technologies alternatives, si nombre d’auteurs mettent en avant les problématiques que celles-ci peuvent potentiellement présenter, elles sont moins préoccupantes que celles associées à l’utilisation du cyanure. Selon SystExt, une évaluation précoce de ces problématiques est essentielle mais ne doit pas freiner le développement de ces technologies alternatives, compte-tenu des risques très élevés associés au recours à la cyanuration.
 

Références

(1) Projet de loi nº 3875 portant lutte contre le dérèglement climatique et renforcement de la résilience face à ses effets du 10 février 2021
(2) L'amalgamation est une méthode permettant de récupérer l'or. Elle consiste à allier l'or (et l'argent) avec du mercure et à décomposer l'alliage (25 à 50 % d'or) par distillation du mercure, vers 400-500°C.
(3) Minerais dans lequel l’or est particulièrement difficile à récupérer.
(4) Dans ce tableau, la CL50 ou "concentration létale à 50%" est utilisée. Cette valeur (en mg/L) désigne la concentration d’un produit chimique dans l’air ou dans l’eau qui cause la mort de 50% des animaux.
(5) L'atténuation naturelle repose principalement sur la formation spontanée de cyanure d’hydrogène gazeux, dont une partie est libérée dans l’air.
(6) En principe, le recyclage du cyanure repose sur le fait de favoriser le dégagement de cyanure d’hydrogène. Pour rappel, lors de la lixiviation, le pH est maintenu élevé (supérieur à 10) pour limiter tout risque pour les travailleurs. Ici, à l’inverse, le pH est diminué volontairement aux environs de 7 afin de relarguer le cyanure d’hydrogène présent dans les effluents et déchets miniers.
(7) La récupération directe consiste à récupérer les eaux cyanurées dans l’usine par épaississement, ou en base du dépôt dans le cas d’une lixiviation statique.