CARACTERISATION ET ETUDE DU TRAITEMENT DES PYRITES

Les principales utilisations du soufre

Le soufre est la matière première pour la fabrication :
– d’acide sulfurique
– d’insecticides et engrais en agro-alimentaire
– d’électrolytes pour batteries
– de caoutchouc
– d’explosifs
Les composés du soufre sont utilisés dans la fabrication de savon, de cuir, de papier, des colorants, dans le raffinage du pétrole. En métallurgie, l’élément soufre est l’un des éléments qui fragilisent la structure des métaux fabriqués, c’est-à-dire qu’avec une teneur relativement élevée, le soufre mais aussi le phosphore provoquent les phénomènes dits « la fragilité inter-granulaire » (fragilité au niveau des joints de grains) dans les aciers. Cependant, On sait aussi qu’à une quantité bien calibrée, le soufre est l’élément principal facilitant l’usinage ou l’usinabilité des métaux.

Les pyrites et marcasites

Ethymologie Concernant la pyrite, deux propriétés observables de l’extérieur et pouvant facilement être constatées par tous ont permis de conférer à ce minéral un nom et un surnom désormais les plus employés pour le désigner :
– premièrement, une propriété remarquée depuis la Préhistoire est la production d’étincelles lorsqu’on lui fait subir des chocs mécaniques violents. D’où le nom de « pyrite » qui vient du grec « pyrítēs líthos » signifiant littéralement « pierre à feu » ;
– deuxièmement, son éclat et sa couleur qui rappellent ceux de l’or lui a valu le surnom d’ « or des fous ».
Concernant le nom « marcasite » qui dérive de l’ancien arabe « marqachita”, il était une ancienne appellation de ce qu’on désigne par « pyrite » actuellement.
Les propriétés de la pyrite et de la marcasite
Propriétés physiques 
Propriétés chimiques des sulfures
Propriétés minéralogique et cristallographique Les propriétés minéralogique et cristallographique dans le tableau suivant dégagent les vraies différences entre la pyrite et la marcassite
Remarques
 Selon le tableau 4, la pyrite et la marcassite sont les sulfures de fer les plus stables dans la nature. Par conséquent, elles sont aussi les plus abondants. Encore plus, elles sont les plus abondantes parmi les sulfures naturels. Du Coup, elles constituent les minéraux accessoires les plus rencontrés dans la nature.
 Comme on l’a vu dans le tableau 6, la pyrite et la marcasite sont des sulfures de fer ayant la même formule chimique FeS2. Elles se différencient principalement par leurs structures cristallines. Cette différence a un impact sur leurs densités car le réseau cubique est une structure plus compacte. C’est-à-dire que les atomes y sont plus proches entre eux .En conséquence, pour un même volume, la pyrite est plus lourde que la marcassite. Voici la structure cristalline de la pyrite :
 La pyrite possède six principales variétés suivant la proportion d’éléments entrant dans la structure du sulfure de fer, on distingue:
 la Pyrite Arsenicale : Pyrite contenant 3 % d’arsenic ou plus ;
 le Ballesterosite : Variété riche en zinc et en étain ;
 le Bravoïte (ou Mechernichite): Pyrite nickélifère de formule (Fe,Ni)S2 ;
 le Cayeuxite : Variété de pyrite riche en As, Sb, Ge, Mo, Ni et autres métaux ;
 le Cobalt-nickel-pyrite : Variété contenant de 2 à 3 % de cobalt et 2 à 6 % de nickel, de formule 4[(Fe,Ni,Co)S2] ;
 la pyrite cobaltifère : Variété cobaltifère de pyrite de formule (Fe,Co)S2.

Utilisation des pyrites et marcasites

                    Jadis le sulfure de fer était exploité pour extraire du fer pour le besoin de l’industrie de l’acier. Cependant, les processus et technologie utilisés pour éliminer le soufre des sulfures de fer n’arrivaient pas à donner des résultats satisfaisant pour que l’acier obtenu à partir de ce fer ne soit pas sensible à l’oxydation. Au niveau mondial, cette pratique d’extraction de fer à partir des sulfures de fer commençait peu à peu à être abandonnée. D’une part à cause de la mauvaise qualité de l’acier produit, et d’autre part grâce à d’autres alternatives pour obtenir du fer à partir d’autres minerais ne contenant pas de soufre. Aux environs de l’année 1940, le sulfure de fer trouvait son utilité dans l’industrie chimique pour la production d’acide sulfurique (utilisé en laboratoire, dans les traitements des minerais, etc) et devenait alors la substance la plus utilisée à cette fin. Toutefois, la pollution engendrée par son exploitation et son traitement suscitait des réticences vis-à-vis de son exploitation. Plus tard, le soufre provenant du sulfure de fer a été substitué par celui tiré de l’exploitation de pétrole. On peut y obtenir directement du soufre grâce à la teneur en soufre élevée des hydrocarbures. En effet, on constate que l’utilisation moyenne mondiale des sulfures de fer a considérablement chuté. Le brevet détenu par une société métallurgique explique le nouvel intérêt pour cette substance mais aussi en quelques sorte celui de ce mémoire. Dans l’industrie de l’acier, l’encombrement dû aux produits de façonnage des aciers est un vrai problème et des chercheurs ont découvert que l’ajout d’une quantité bien définie et calibrée de pyrite permet de casser les copeaux facilement afin d’optimiser l’espace occupé par ces dernier. Enfaite, c’est le soufre contenu dans le sulfure de fer qui procure à l’acier cette propriété, cet état dans lequel est le soufre (sous forme de sulfure) est exigé car le soufre natif s’évaporerait à la température de fourneau et n’entrerait pas dans la composition de l’acier. Le sulfure est mélangé par les différents composants de l’acier dès leur fonte. Il est à noter que ce soufre bien calibré ne remet pas en cause la qualité de l’acier produit.

Notion de la tension superficielle et de l’hydrophobicité

               La tension superficielle est définie comme étant une force opposée à une force que provoque la rupture de surface. Chaque fluide a sa tension superficielle propre et elle est constante. Dans le cas où un solide se trouve en présence d’un liquide et d’un gaz (ou air), les phénomènes superficiels sont régis par la détermination des valeurs relatives des diverses tensions superficielles entre les surfaces de séparation solide-gaz, solide-liquide, liquide-gaz et des angles des vecteurs qui représentent ces forces. L’un de ces angles, celui formé par le solide et le plan tangent à la surface du liquide en un point de contact du liquide, du solide et du gaz, a un intérêt particulier dans l’étude de ces phénomènes. Il est appelé « angle de contact » ou « angle de raccordement θ ».

Méthodologie adoptée

Objectif Nous avons pour objectif principal dans cette partie d’obtenir un concentré de pyrite par flottation. Pour ce faire, il nous faut déterminer les paramètres optimaux pour la flottation du minerai de la pyrite. Pour un meilleur rendement donc, nous allons varier les paramètres suivants :
 Les quantités et la nature des réactifs
 La vitesse du moteur
 Le débit d’air
Méthodologie et paramètre de flottation appliqué Pour atteindre ces objectifs, nous allons procéder comme suit :
· Nous allons faire varier un des paramètres.
· Les valeurs des autres paramètres qui ne sont pas étudiés sont tenues constantes ou inchangées.
L’échantillon D seul fera l’objet d’expérimentation par flottation du fait que la maille de libération de celui-ci est < à 0,080 mm d’après les études antérieures. Puisque nos échantillons ont été tous broyés à une dimension de -80 [µm], nous n’aurons pas à varier la granulométrie.

CONCLUSION

                   Le premier objectif de ce travail de mémoire est la caractérisation des pyrites et de ses accumulations dans trois zones de Madagascar. Les deux zones, Betaitra et Antalaha se situent dans la partie Nord de l’île, tandisque la dernière, Ambalanjanakomby, se trouve puis dans sa partie occidentale. Le deuxième objectif est l’essai de traitement de ces minerais. Les pyrites dans ces parties de l’île occurrent dans des contextes géologiques différentes. Celles d’Ambalanjanakomby et de Betaitra sont respectivement localisées dans la série de formations sédimentaires du bassin de Majunga et de Diégo. Les pyrites d’Antalaha, quant à elles, sont d’origine hydrothermale. Des analyses microscopiques et chimiques ont permis d’affirmer que ces minéraux sont des pyrites. Les pyrites provenant d’Antalaha ont été analysé au SME et leur composition chimique confirme leur nature. Pour chaque zone, des lames minces observées en lumière transmise et réfléchie montrent clairement les caractéristiques optiques qui permettent d’identifier ces minéraux et de mesurer leur dimension et de caractériser aussi ses gangues. Les teneurs en pyrite des échantillons représentatifs de chaque formation minéralisée ont pu être estimées. A partir des observations macrographiques appuyées par des analyses micrographiques, on en déduit que les échantillons de Betaitra sont des marnes à pyrites disséminées, que ceux d’Ambalanjanakomby sont des grès à grains de pyrites disséminées, et que ceux d’Antalaha sont des basaltes fissurés à intrusion de pyrites. Ces caractérisations ont été utiles pour choisir la méthode de traitement appropriée pour chaque minerai. Ainsi, les minerais provenant d’Ambalanjanakomby et d’Antalaha ont été traités sur table à secousses. Ces traitements ont été satisfaisants avec un rendement en poids de 57%, la teneur en pyrite des concentrés est de 90% en moyenne. Les échantillons de Betaitra traités par la méthode de flottation qui un rendement en poids de 35% mais une quantité assez considérable de minéraux de gangue ont été retrouvé dans le concentré. Ce travail de mémoire est un début en ce qui concerne les nouvelles études sur les pyrites de Madagascar. Comme ce minéral a de nouvelles utilités dans l’industrie moderne des études plus approfondies devrait être effectuées avant de promouvoir une activité concernant ce minerai.

Table des matières

LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES PHOTOS
LISTE DES ANNEXES
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE SOUFRE
I.1 Historique
I.2 Les propriétés physico-chimiques du soufre
I.3 Les différents composés chimiques du soufre
I.4 Les minéraux contenant du soufre
I.5 Les principales utilisations du soufre
I.6 Les principales sources de soufre pour l’industrie
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES SULFURES DE FER [5]
II.1 Introduction
II.2.1 Ethymologie
II.2.2 Les propriétés de la pyrite et de la marcasite
II.2.2.1 Propriétés physiques
II.2.2.2 Propriétés chimiques des sulfures
II.2.2.2 Propriétés minéralogique et cristallographique
II.2.2.3 Remarques
II.3 La métallogénie de la pyrite et de la marcasite
II.3.1 Le modèle hydrothermal
II.3.1 Le modèle sédimentaire
II.4 Utilisation des pyrites et marcasites
II.5 Production
II.6 Conclusion de la première partie
CHAPITRE III: PRESENTATION DES ZONES D’ETUDE [1], [2], [6], [7]
III.1 Présentation de la zone de Betaitra
III.1.1 Cadre géographique
III.1.1.1 Localisation
III.1.1.2 Topographie
III.1.1.3 Hydrographie
III.1.1.4 Climat
III.1.1.5 Milieu biologique
III.1.2 Cadre géologique
III.1.3 Les activités minières dans la zone d’étude
III.2 Présentation de la zone d’Antalaha
III.2.1 Cadre géographique
III.2.1.1 Localisation
III.2.1.2 Topographie
III.2.1.3 Hydrographie
III.2.1.4 Climat
III.2.2 Cadre géologique
II.2.3 Les activités minières dans la zone d’étude
III.2 Présentation de la zone d’Ambalanjanakomby
III.2.1 Cadre géographique
III.2.1.1 Localisation
III.2.1.2 Topographie
III.2.1.4 Climat
III.2.1.5 Milieu biologique
III.2.2 Cadre géologique
III.2.3 Les activités minières dans la zone d’étude
CHAPITRE IV : INVESTIGATION DE TERRAIN
IV.1 Betaitra
IV.2 Antalaha
IV.3 Ambalanjanakomby
IV.4 Conclusion de la deuxième partie
CHAPITRE V: CARACTERISATION CHIMIQUE ET MICROSCOPIQUE
V.1 Etude sur lame mince
V.1.1 Principe
V.1.2 Objectif
V.1.3 Méthodologie
V.1.4 Observations et interprétations
V.1.4.1 Observation en lumière réfléchie
V.1.4.2 Observation en lumière transmise
V.2 Analyses par la microsonde électronique
V.2.1 Description et principe de fonctionnement de la microsonde à balayage électronique
V.3.2 Résultat des analyses à la microsonde
V.3 Analyse chimique complète des roches
V.4 Analyse par ICP-MS
V.4.1 Définition
V.4.2 Principe
V.4.3 Objectif
V.4.4 Résultat
CHAPITRE VI : ANALYSE MACROSCOPIQUE DES ROCHES
VI.1 Description
VI.2 Pétrographie macroscopique des échantillons
CHAPITRE VII : RAPPEL SUR LE TRAITEMENT DE MINERAI [8]
VII.1 Définitions et principe
VII.2 Préparation mécanique du minerai
VII.2.1 Fragmentation
VII.2.1.1 Définitions
VII.2.1.2 Classification des appareils de fragmentation
VII.2.1.3 Objectifs
VII.2.1.4 Préparation mécanique des échantillons
VII.2.2 Analyse granulométrique
VII.2.2.1 Définition et objectif
VII.2.2.2 Principe
VII.2.2.3 Méthodes de calcul
VII.2.2.4 Répartition et courbe granulométrique
VII.2.3 Analyse minéralogique
VII.2.3.1 Définition
VII.2.3.2 Objectif
VII.2.3.3 Méthodologie
VII.2.3.4 Résultat
VII.2.3.5 Remarque et Interprétation
VII.3 Choix de la méthode d’enrichissement
CHAPITRE VIII : ESSAI DE SEPARATION PAR TABLE A SECOUSSE [8], [9]
VIII.1 Généralités
VIII.1.1 Définition
VIII.1.2 Objectif
VIII.1.3 Principe
VIII.1.4 Critère de Taggart
VIII.2 Appareil utilisé : la table a secousse
VIII.2.1 Description générale
VIII.2.1.1 Les riffles
VIII.2.1.2 Les secousses
VIII.2.1.3 Eau de lavage
VIII.2.1.4 Les collecteurs des concentrés, mixte et résidu
VIII.3 Paramètres d’utilisation
VIII.5 Réalisation des essais
VIII.5.1 Essai sur le composite Py
VIII.5.2 Essai sur le composite Ma
VIII.6 Expression des résultats 
VIII.7.Résultat d’analyses minéralogiques des fractions après table
CHAPITRE IX: ESSAIS DE SEPARATION PAR FLOTTATION [3], [4]
IX.1 GENERALITES SUR LA FLOTTATION
IX.1.1 Définition
IX.1.2 Principe
IX.1.3 Notion théorique
IX.1.3.1 Notion de la tension superficielle et de l’hydrophobicité
IX.1.3.2 Mouvement ascendant
IX.1.3.3 Phénomènes électriques
IX.1.4 Processus de flottation
IX.2 Flottation des sulfures métalliques
IX.2.1 Propriétés des sulfures
IX.2.2 Les réactifs de flottation des sulfures
IX.2.2.1 Le collecteur
IX.2.2.2 Le moussant
IX.2.2.3 Activant et déprimant
IX.2.3 Les paramètres de flottation
IX.2.3.1 La pulpe
IX.2.3.2 La vitesse des bulles d’air
IX.2.3.3 La nature et la quantité des réactifs
IX.2.3.4 Le pH
IX.2.3.5 L’intensité de l’agitation
IX.2.3.6 Le temps de flottation
IX.2.3.7 Granulométrie
IX.2.4 Processus de flottation
IX.3 Description et fonctionnement de l’appareil
IX.3.2 Caractéristiques techniques
IX.3.4 Cellules de flottation
IX.3.4.1 Zone d’agitation
IX.3.4.2 Zone de séparation
IX.3.4.3 Zone de concentration
IX.4 Essais expérimentaux et interprétation des résultats
IX.4.1 Méthodologie adoptée
IX.4.1.1 Objectif
IX.4.1.2 Méthodologie et paramètre de flottation appliqué
IX.4.2 Essais, résultats et interprétation
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXES

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