Chaque année, le monde consomme environ 50 milliards de tonnes de sable, de gravier et de pierre écrasée. L'échelle étonnante de cette demande est difficile à comprendre – 1,5 million de piscines olympiques par an, ce qui en fait le matériel solide le plus utilisé par les humains.
La plupart d'entre nous ne voient pas le sable et le gravier tout autour de nous. Il est caché dans les sentiers et les bâtiments en béton, le verre de nos fenêtres et dans les micropuces qui conduisent notre technologie.
La demande devrait augmenter davantage, même comme l'extraction du sable et du gravier des rivières, des lacs, des plages et des océans déclenche une crise environnementale.
Le sable se renouvelle naturellement, mais dans de nombreuses régions, les approvisionnements de sable naturels sont épuisés bien plus rapidement qu'ils ne peuvent être reconstitués. Le sable du désert a souvent des grains trop ronds pour une utilisation dans la construction et les déserts sont généralement loin des villes, tandis que les alternatives de sable faite par la roche écrasante sont à forte intensité d'énergie et d'émissions.
Mais il y a une opportunité majeure ici, car nous décrivons notre nouvelle recherche. Chaque année, l'industrie minière écrase et rejette des milliards de tonnes des mêmes minéraux que les déchets pendant le processus d'exploitation des métaux miniers. En volume, les déchets miniers sont la plus grande source de déchets que nous faisons.
Il n'y a rien de magique dans le sable. Il est composé de particules de roche altérée. Le gravier est de plus grandes particules. Nos recherches ont révélé que les sociétés à l'exploitation des métaux peuvent tirer davantage de leurs minerais, en traitant le minerai pour produire du sable également.
Cela résoudrait deux problèmes à la fois: comment éviter les déchets miniers et comment s'attaquer à la crise du sable. Nous surnomissons cette mine «nez à queue», suivant la tendance de la gastronomie pour utiliser chaque partie d'un animal.
Les défaillances des résidus
Les sulfures métalliques, les oxydes et les carbonates qui peuvent être transformés en fer, cuivre et autres métaux ne sont qu'une petite fraction des énormes volumes de minerai qui doivent être traités. Chaque année, le monde produit environ 13 milliards de tonnes de résidus – le rocher brouillé laissé après que de précieux métaux soient extraits – et 72 milliards de tonnes supplémentaires de roches de déchets, qui ont été explosées mais pas au sol.
Pendant des décennies, les scientifiques ont rêvé d'utiliser des résidus comme substitut au sable naturel. Les résidus sont souvent riches en silicates, la principale composante du sable.
Mais à ce jour, la réalité a été décevante. Plus de 18 000 articles de recherche ont été publiés sur le sujet au cours des 25 dernières années. Mais seule une poignée de mines ont trouvé des moyens de réutiliser et de vendre des résidus.
Pourquoi? Premièrement, les résidus respectent rarement les spécifications strictes requises pour les matériaux de construction, tels que la taille des particules, la composition minérale et la durabilité.
Deuxièmement, ils viennent avec une stigmatisation. Les résidus contiennent souvent des substances dangereuses libérées pendant l'exploitation minière. Cela rend les gouvernements et les consommateurs naturellement prudents à l'idée d'utiliser les déchets miniers dans les maisons et notre environnement bâti.
Aucun de ces problèmes n'est insurmontable. Dans nos recherches, nous proposons une nouvelle solution: fabriquer du sable directement à partir du minerai.
La conversion de la roche en métal est un processus complexe en plusieurs étapes qui diffère par type de métal et par type de minerai. Après écrasement, les minéraux du minerai sont généralement séparés à l'aide de la flottaison, où les minéraux sulfure contenant du métal se fixent à de minuscules bulles qui flottent à travers la suspension de roche et d'eau.
À ce stade, le minerai restant est normalement séparé pour être éliminé comme des déchets. Mais si nous continuons à traiter le minerai, par exemple en le faisant tourner dans un cyclone, les impuretés peuvent être éliminées et la bonne taille et la forme peuvent être obtenues pour répondre aux spécifications du sable.
Nous avons surnommé ce «minerai», pour le distinguer des résidus. Il n'est pas fabriqué à partir de résidus de déchets – c'est un produit délibéré du minerai.
Plus de minerai
Ce n'est pas seulement la théorie. À la mine de fer Brucutu au Brésil, la société minière Vale produit déjà un million de tonnes de minerai par an. Le sable est utilisé dans la construction de routes, la maquette et le béton.
Cette décision est venue de la tragédie. En 2015 et 2019, les barrages construits pour stocker des résidus dans deux des mines de minerai de fer de Vale se sont effondrés, déclenchant des flux de boue mortels. Des centaines de personnes sont mortes – beaucoup d'entre eux sont des employés de l'entreprise – et les conséquences environnementales sont en cours.
En réponse, l'entreprise a financé des chercheurs (comme notre groupe) pour trouver des moyens de réduire la dépendance à l'égard des barrages de résidus en faveur de meilleures alternatives.
Après notre travail avec Vale, nous avons étudié la possibilité de fabriquer du minerai à partir d'autres types de minerais minéraux, comme le cuivre et l'or. Nous avons organisé des essais réussis à la mine Copper-Gold de Newmont en Australie. Ici, en utilisant des méthodes innovantes, nous avons produit un sable de minerai plus grossier qui ne nécessite pas autant de mélange avec d'autres sables.
Le traitement du minerai est le plus logique pour les mines situées à proximité des villes. C'est pour deux raisons: éviter le risque de barrages de résidus aux personnes vivant à proximité et pour réduire les coûts de transport du déplacement de sable de longues distances.
Nos recherches antérieures ont montré que près de la moitié de la consommation de sable mondiale se produit à moins de 100 kilomètres d'une mine qui pourrait produire du minerai ainsi que des métaux. Étant donné que l'extraction des métaux nécessite déjà un écrasement intensif et un broyage, nous avons trouvé que le sable minerai peut être produit avec une consommation d'énergie plus faible et des émissions de carbone que l'extraction de sables conventionnels.
Le défi de l'échelle
Pour toute nouvelle idée ou industrie, la partie la plus difficile est de passer des premiers essais à une adoption généralisée. Il ne sera pas facile de faire du minerai de sable une réalité.
L'inertie est une raison. Les sociétés minières ont des processus bien établis. Il faut du temps et du travail pour introduire de nouvelles méthodes.
L'adhésion à l'industrie et la collaboration, les politiques gouvernementales de soutien et l'acceptation du marché seront nécessaires. Les principaux acheteurs de sable tels que l'industrie de la construction doivent être en mesure de tester et de faire confiance au produit.
L'avantage est réel, cependant. Ore-Sand nous offre une rare chance de s'attaquer à deux problèmes environnementaux durs à la fois, en réduisant le volume stupéfiant des déchets miniers et en réduisant le besoin de barrages de résidus potentiellement dangereux, et en offrant une meilleure alternative à l'extraction de destructrice du sable.
