Exploitation minière et raffinage : le cobalt, le métal malheureusement nécessaire

L’histoire de l’humanité est en grande partie une histoire de conflits, souvent provoqués par la répartition inégale des ressources. Depuis que nous sommes descendus des arbres, et probablement bien avant cela aussi, nos ancêtres ont lutté pour obtenir ce dont ils ont besoin pour survivre, le plus souvent au détriment d’une autre tribu plus chanceuse. Nourriture, eau, terre, peu importe ; s’ils l’ont et que nous ne l’avons pas, il y a de bonnes chances qu’il y ait une bagarre.

Peu de ressources sont aussi inégalement réparties sur notre planète que le cobalt. Le métal ne représente qu’une fraction d’un pour cent de la croûte terrestre, et les concentrations commercialement significatives sont rares, suffisamment pour que ceux qui en ont se retrouvent souvent en désaccord avec ceux qui en ont besoin. Et nous en avons besoin; ce qui a commencé dans l’Antiquité comme principalement un pigment bleu riche pour le verre et la céramique est devenu essentiel pour d’importants alliages industriels, les aimants de haute puissance et les anodes des batteries au lithium, entre autres utilisations.

Accéder à notre approvisionnement limité en cobalt et le raffiner en un métal utile n’est pas un processus anodin, et malheureusement son importance démesurée pour la société technologique l’oblige à jouer un rôle géopolitique qui a beaucoup contribué à la misère humaine. Heureusement, les forces du marché et les nouvelles technologies rendent viables des sources autrefois marginales, ce qui peut nous aider à obtenir le cobalt dont nous avons besoin sans tous les conflits.

Un côté de cobalt

Les propriétés chimiques du cobalt jouent un rôle important dans sa distribution inégale. Comme l’aluminium, il est essentiellement impossible de trouver du cobalt élémentaire dans la nature, et pour la même raison – il réagit facilement avec l’oxygène, formant des oxydes qui sont assez inertes. Il a également tendance à former des minéraux étroitement associés à d’autres métaux, comme le cuivre et le nickel. En fait, presque tout le cobalt produit aujourd’hui – 98% – est un sous-produit de l’extraction et du raffinage de ces deux métaux industriels importants.

Cobaltite, l’un des nombreux minerais de cobalt. Source : James St. John, CC BY 2.0

Le cobalt forme également facilement des minéraux qui incorporent du soufre et, malheureusement, de l’arsenic. Il existe plus de 30 minerais différents qui contiennent du cobalt à des concentrations commercialement importantes, ce qui rend difficile l’identification d’un minerai principal. Cependant, la géologie qui rend ces divers minerais facilement disponibles est assez limitée, et savoir dans quels types de formations rocheuses les minerais de cobalt sont susceptibles de se trouver aide à expliquer pourquoi des gisements viables sont dispersés dans le monde entier.

Les minerais de cobalt ont tendance à se trouver dans deux grands contextes géologiques : sédimentaire et volcanogène. Les dépôts sédimentaires, qui représentent aujourd’hui plus de 50 % de l’exploitation minière du cobalt, sont des grès et des schistes qui se sont formés sous les anciens océans et lacs, où les sédiments organiques se sont accumulés et finalement minéralisés, principalement avec des sulfures métalliques. Deux grands dépôts sédimentaires sont l’Europe Kupferschiefer, ou « schiste cuprifère », et la Copperbelt centrafricaine. Ces deux gisements contiennent de grandes quantités de sulfures de cuivre ainsi qu’une quantité importante de minéraux de cobalt associés.

Les gisements de minerai volcanogènes, quant à eux, proviennent de processus hydrothermaux, où les minéraux sulfurés de cuivre et de cobalt précipitent à partir de fluides traversant des évents hydrothermaux. Ces gisements minéraux se forment à l’origine sur le fond marin, mais l’activité tectonique et d’autres processus géologiques finissent par exposer ces minéraux ou les rapprocher suffisamment de la surface pour en faciliter l’accès. Les gisements de cobalt volcanogènes sont en effet très rares, avec seulement une poignée dispersée à travers le monde, et sont les seules formations où le cobalt est extrait comme produit principal, plutôt que comme sous-produit de l’extraction du cuivre ou du nickel.

Anciennes sources, nouvelles méthodes

La grande majorité du cobalt actuellement produit est un sous-produit de la production de cuivre, et puisque les minerais des deux métaux sont si étroitement associés dans leurs dépôts sédimentaires, il n’est pas possible d’exploiter sélectivement l’un ou l’autre. Ainsi, le processus d’extraction du cobalt à partir de ses minerais est essentiellement le même que l’extraction et le raffinage du cuivre, que nous avons déjà abordés dans cette série. En bref, le minerai de sulfure broyé provenant de vastes mines à ciel ouvert est entassé dans des fosses avec des revêtements imperméables pour attraper une riche soupe minérale qui est lessivée de la roche par une pluie constante d’acide sulfurique. Le cuivre est extrait de la solution par électrolyse, laissant derrière lui un électrolyte usé relativement riche en cobalt et autres métaux.

Une série d’étapes de précipitation chimique et une étape de lixiviation secondaire éliminent sélectivement les autres métaux de l’électrolyte, enrichissant progressivement le cobalt dans la solution jusqu’à ce qu’il puisse finalement être précipité en ajoutant de la chaux pour créer de l’hydroxyde de cobalt (II). Malgré l’association du cobalt avec la couleur bleue, le précipité est d’une belle nuance de rose; le fameux pigment « Cobalt Blue » n’apparaît que lorsque l’oxyde de cobalt (II) est mélangé à l’oxyde d’aluminium.

La mine de cobalt de Bou-Azzer au Maroc. Source : Groupe Managem

Pour les quelques sources de cobalt volcanogènes commercialement viables, telles que la mine Bou-Azzer au Maroc et le nouveau projet Idaho Cobalt Operations (ICO), le processus de récupération est assez différent, principalement parce que la concentration de cobalt dans les roches est généralement nettement inférieure. . Le plan du projet ICO, qui sera la seule mine de cobalt aux États-Unis et la première à ouvrir depuis des décennies, montre exactement ce qu’implique la récupération du cobalt en tant que produit primaire de ces gisements.

Le projet ICO est situé à l’extérieur de la ville de Salmon, dans l’Idaho, au milieu de la forêt nationale de Salmon-Challis. Le site est situé dans une formation géologique vieille de 1,6 milliard d’années connue sous le nom de ceinture de cobalt de l’Idaho, qui a été développée pour la première fois dans les années 1940 lorsque le besoin d’une source nationale de cobalt est devenu évident après la Seconde Guerre mondiale. Une mine à ciel ouvert y a fonctionné jusqu’au début des années 1980, lorsque des sources étrangères de cobalt moins chères ont rendu difficile la viabilité de la mine.

Une mine à ciel ouvert au milieu d’une forêt vierge serait difficile à vendre ces jours-ci, bien sûr, donc les nouveaux propriétaires de la mine, l’Australien Jervois Mining, investiront dans l’extraction en profondeur pour accéder au minerai, qui est principalement de la cobaltite. , qui est un composé de cobalt, d’arsenic et de soufre (CoAsS). Les veines qu’ils ont identifiées contiennent jusqu’à 1% de cobalt, ce qui est assez riche pour un gisement volcanogène, et se trouve à côté d’un minerai de cuivre de chalcopyrite assez riche, ainsi que d’une bonne quantité d’or.

Le projet ICO ne fait que commencer, avec le début des travaux sur les chantiers miniers et sur l’usine de concentration qui traitera le minerai sur place. Lorsque le projet bat son plein, le minerai sera transporté du front de taille à la surface, pour être stocké avant d’être introduit dans une usine de concasseur à mâchoires. Le minerai concassé sera ensuite envoyé dans un broyeur à boulets pour être réduit en poudre et transformé en bouillie avec addition d’eau. Un tensioactif appelé potassium amyl xanthate (PAX) sera ensuite ajouté avant que la suspension ne soit envoyée dans une série de réservoirs de flottation par mousse. Ici, de l’air sera injecté dans le lisier qui, grâce au PAX, formera de grosses bulles. Les sulfures métalliques flotteront vers le haut et seront écrémés, tandis que les morceaux de roche plus lourds tomberont au fond du réservoir. Après épaississement avec filtration sous vide, le concentré sera séché, ensaché et expédié hors site pour un raffinage supplémentaire à l’aide des méthodes d’extraction électrolytique décrites ci-dessus.

Cobalt à tout prix

Le projet ICO devrait produire environ 45 millions de livres (20 400 tonnes) de cobalt et 175 millions de livres (80 000 tonnes) de cuivre avant d’être fermé pour assainissement du site vers 2030. Dans un marché mondial qui produit environ 116 000 tonnes chaque année, le projet Idaho peut sembler être une petite pomme de terre, mais le fait que de nouvelles sources de cobalt soient en cours de développement est une bonne nouvelle, principalement parce qu’il est censé compenser certaines sources de cobalt problématiques.

En 2021, environ 60 % de l’approvisionnement mondial en cobalt provenait de la République démocratique du Congo (RDC), qui se trouve au sommet d’une grande partie de la ceinture de cuivre d’Afrique centrale et n’est pas étrangère aux conflits sur le cobalt. La majorité de cela est extraite dans des mines traditionnelles et raffinée comme décrit ci-dessus, mais une grande partie provient de ce que l’on appelle par euphémisme les «mineurs artisanaux». Ce sont généralement des personnes désespérément pauvres qui localisent des gisements de cobalt à haute teneur en dehors des mines traditionnelles et collectent le minerai manuellement. Le travail est incroyablement dangereux, à la fois en termes de dangers habituels rencontrés dans toute mine, et aggravé par le manque d’équipement de protection individuelle, la présence de matières toxiques et la menace de violence des autres mineurs. Les enfants sont utilisés comme main-d’œuvre et les mineurs ne gagnent parfois que quelques centimes par jour.

Malgré les défis, les mineurs artisanaux sont incroyablement productifs – en 2021, ils ont produit plus de deux fois plus de cobalt que la Russie. La mise en production de gisements auparavant non viables comme ceux de la ceinture de cobalt de l’Idaho pourrait compenser une partie de cette demande, ce qui est bien sûr une épée à double tranchant puisque le cobalt est la seule source de revenus pour de nombreux mineurs artisanaux. Le tout peut cependant être académique, puisque la demande mondiale de cobalt devrait atteindre près d’un quart de million de tonnes par an d’ici 2025, ce qui suggère que la lutte pour le cobalt ne fera que continuer à s’intensifier.