Modélisation de procédés de séparation gravimétrique par analyse physique et simulation numérique du transport et des interactions entre particules

Mots clés

Simulation numérique, Écoulement polyphasqiue, Modélisation, Procédés, Séparation physique, Génie minier

Détail de l'offre

À l'heure actuelle, l'approvisionnement en métaux rares (Sn, W, Nb, Ta, Li…) est critique pour
l'économie mondiale en raison du développement des nouvelles technologies, de l'émergence des
nouveaux pays industrialisés et du monopole détenu par un petit nombre de pays sur leur
production. En Europe, les ressources en métaux rares sont essentiellement associées aux granites
de la chaîne varisque, qui contient des volumes très importants en W, Ta, Sn et Li. De plus, l'Europe
dispose de résidus miniers contenant encore des quantités significatives de métaux. Toutefois, ces
gisements sont complexes à traiter : ils présentent des textures fines, des faibles teneurs et des
gangues complexes. Le traitement des minerais fins présente un véritable défi en raison de
l'inefficacité de la plupart des techniques conventionnelles face à la finesse du minerai : l'efficacité de
la séparation décroit significativement lorsque les minéraux d'intérêts deviennent plus fins. Cela
demande l'adoption d'approches spécifiques afin de produire, à partir du nombre très important de
gisements/résidus à faible teneur, des concentrés métalliques acceptables pour l'étape
d'hydrométallurgie consécutive. Les séparateurs centrifuges, comme les concentrateurs Falcon, sont
les plus utilisés au monde pour traiter par gravité des particules fines, permettant d'obtenir de très
bons résultats en matière de récupération. Ces appareils utilisent la force centrifuge pour augmenter
le champ de gravitation appliqué sur les particules et ainsi diminuer la taille limite conduisant à de
bonnes performances de la séparation par gravité.

Les concentrateurs gravimétriques, particulièrement les bols centrifuges Falcon, seront étudiés et
leur principe de fonctionnement simulé à l'aide d'un logiciel couplant la résolution de l'écoulement
avec une méthode de Boltzmann sur réseau (LBM), les interactions entre particules avec des
éléments discrets (DEM) et la résolution complète du couplage entre phases solide et liquide avec
des frontières immergées (DEM). Les résultats de simulations permettront d'interpréter et de
compléter la base de données expérimentale déjà constituée lors de collaborations précédentes des
encadrants de cette thèse. Ces travaux devront aussi être complétés par une analyse physique
s'appuyant sur des modèles de resuspension de la littérature et des essais expérimentaux ciblés sur
les séparateurs disponibles sur l'usine pilote STEVAL du laboratoire GeoRessources.