DIFFERENTES METHODES POUR LA SYNTHESE DE LA MONAZITE

Madagascar est riche en ressources naturelles. De ce fait, notre île dispose des réserves minières importantes et est classée parmi les pays producteurs miniers : pierres précieuses, métaux lourds, terres rares,… Ainsi, l’exploitation de ces réserves peut avoir des impacts aussi bien économiques qu’industriels pour le pays. La connaissance des compositions minéralogiques des minerais est primordiale afin d’extraire les éléments intéressants pour plus de valeur ajoutée. Dans le cadre de ce mémoire, nous allons travailler sur le minerai de monazite qui est un minerai naturel phosphaté qui renferme de terres rares et de thorium (Ce, La, Nd, Th) PO4. Ce minerai apporte une grande opportunité dans le domaine industriel grâce à sa forte teneur en terres rares cériques. Dans le monde, ce minerai est extrait pour récupérer les terres rares et le thorium qu’il contient. Ce minerai est présent dans les roches (pegmatite, syénite…) et en majeur partie dans le sable des plages. Il a des propriétés physiques et chimiques remarquables. En effet, c’est un minerai très intéressant dans la mesure où on peut l’utiliser dans plusieurs domaines notamment dans la céramique, l’électronique, surtout dans la haute technologie. Les principaux producteurs de monazite dans le monde sont l’Australie, les Etats-Unis, le Brésil, l’Inde, la Chine et l’Afrique du Sud.

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Les orthophosphates de terres rares autrement dit la monazite existent depuis des millions d’années. Grâce à leurs formations géologiques, ils présentent des propriétés remarquables. Ce composé existe à l’état naturel mais il est possible de le synthétiser. Leurs applications en tant que minerai à base de terres rares sont axées sur divers domaines comme la céramique, technologique…. Dans ce chapitre, nous allons faire l’étude bibliographique concernant ce minerai.

LA MONAZITE

Généralités

La monazite est un phosphate de terres rares naturelles que l’on trouve à l’état minéral accessoire dans de nombreux types de roches. La monazite vient du mot grec « monazeis » qui signifie « être seul ». Elle se trouve souvent dans les pegmatites associés aux granites et aux syénites. Mais on la trouve en grande quantité sur le sable littoral et les alluvions de rivière. Le minerai de monazite est cristallisé sous l’aspect translucide, brillant avec des couleurs allant du jaune clair au brun. La monazite est une terre rare légère phosphatée de formule LnPO4 où Ln indique la série des lanthanides (Ln = Ce, La, Nd, Y, Th). Elle est utilisée comme source de terres rares et de thorium sous forme d’oxydes. Les terres rares sont divisées en deux groupes:
– Les éléments du lanthane au gadolinium pour les terres rares cériques
– Les éléments du terbium (Tb) au lutécium (Lu) pour les terres rares yttriques

En général, la monazite fait partie des terres rares cériques sous forme anhydre mais elle contient une faible proportion de terres yttriques et de quantité variable de thorium. Les terres rares cériques se présentent sous deux formes : monazite et rhabdophane indiqué par TRPO4, nH2O (0,5≤ n ≤ 1). Cette dernière, sous air, se transforme facilement en monazite après chauffage à haute température. Pour les terres rares yttriques, il y a le xénotime et la churchite. Comme pour les terres rares cériques, la churchite est la forme hydratée du xénotime. Elle a pour formule TRPO4, 2H2O.

Donnée géologique et gisement de la monazite

Depuis 1952, le gisement de la monazite a été découvert par le service géologique de Madagascar. A cette époque, l’ingénieur chimiste du CEA M.MIGNOT trouve la monazite pour la première fois. La couleur jaune roux du sable de plage de Ford Dauphin attire son attention. En général, on la trouve sur la côte sud Est de Madagascar. Ses réserves ont été exploitées par une société française (CEA : Commissariat à l’Energie Atomique). Elle estimait une réserve de 10800 tonnes à partir de 1956. La plus grande quantité de monazite se trouve sur la région de sud Est comme Fort-Dauphin, mais elle est toujours associée à l’ilménite et au zircon.

Les réserves de la monazite sont réparties dans les dunes et les sables de plages. Particulièrement, nous donnons les réserves aux alentours de Taolagnaro
♦ Antete (15 km au sud de Taolagnaro) Dans les surfaces de 600x120m par sondage de sables, on a 15000 t de monazite, 250000 t d’ilménite, 17000 t de zircone.
♦ Vohibarika (dans la côte Sud-Est, 100 km de Taolagnaro) : Travaux de CEA Les réserves sont évaluées à 63940 t de monazite. Seules quelques centaines de tonnes auraient été extraites.

Usage possible de la monazite

Le minerai de monazite est utilisé comme source de terres rares et de thorium. Donc elle apporte une grande opportunité dans le domaine économique. Dans l’heure actuelle, les terres rares présentes dans la monazite ont beaucoup d’applications surtout dans le domaine technologique. Le thorium est destiné aux manchons à incandescence et utilisé comme source d’énergie en ajoutant de l’uranium. Le résidu, composé de divers terres rares, a beaucoup d’application : ferro-alliage, réfractaires de four, pierres à briquet, …

Application des terres rares 

– Fabrication des pierres à briquet : on fait l’alliage de mischmétal avec 25 à 30% de fer. Cette application caractérise le fort pouvoir réducteur des terres rares qui sont pyrophoriques (corps qui s’enflamment spontanément au contact de l’air).
– La métallurgie : les métaux de terres rares sont très réducteurs, donc ils sont utilisés pour désoxyder et désulfurer l’acier.
– Verre : l’oxyde de cérium, grâce à sa dureté, est utilisé dans le polissage de verre (verres plats, lunettes de verre…). De plus, les terres sous forme des oxydes sont employés pour la coloration du verre : violet pour le néodyme (2 à 6% d’oxyde de Nd); vert claire pour le praséodyme (2 à 6% d’oxyde de Pr); rose pâle pour l’erbium (2 à 5% d’oxyde d’Er).
– Brique réfractaire : divers oxydes présente une structure cristalline stable en alliage de faible quantité molaire avec le zircon. Citons quelques exemples l’oxyde d’aluminium, l’oxyde de silicium et l’oxyde d’yttrium. Ces oxydes possèdent une résistance thermique très élevés .

Autres applications

➤ Applications liées aux propriétés optiques :
Les luminophores sont les applications les plus générales quand on parle la propriété optique. Ils sont des minéraux solides capable d’émettre en particulier des rayonnements visible ou non sous l’effet des diverses sources : bombardement d’électron, rayon X ou UV… Leurs fonctions s’installent sur les domaines de visualisations (écrans de télévision), les éclairages (lampes). En particulier, dans le domaine de la télévision couleur, le phosphorescent rouge est obtenu par la combinaison des oxydes comme le vanadate d’yttrium (YVO4) et l’oxyde d’yttrium (Y2O3) avec un peu d’europium. De même, pour la phosphorescente verte, l’oxyde utilisé est le Y2O2S dopé avec des composés de terbium. Pour les éclairages, le type de luminophore utilisé est le La (Ce, Tb) PO4. Pour les phosphates de type NH4Ce(PO3)4 et NdP5O14, leurs luminescences sont assurées par l’émission des radiations UV.

➤ Applications liées aux propriétés magnétiques:
Les terres rares ont des propriétés magnétiques exceptionnelles. Donc on les utilise comme aimants permanents. Citons quelques exemples pour cette application l’aimant samarium- cobalt qui est un exemple des alliages terres rares-métaux de transition; il y a aussi les aimants néodyme-fer-bore existés depuis les années 80. Les utilisations s’étendent dans de vaste domaine : la fabrication les moteurs électriques des véhicules électriques et hybrides, l’enregistrement magnétique haut densité, les disques durs, les téléphones portables et les hautparleurs…

➤ Catalyseur :
Les terres rares tiennent une place très considérable dans les industries des catalyseurs. Ils jouent un rôle de promoteur dans des zéolithes (alumino-silicates de sodium) destinés aux catalyseurs pour le cracking du pétrole. De plus, pour la postcombustion automobile, on utilise l’oxyde de cérium comme siège d’oxygène pour oxyder les oxydes d’azote NOx et d’hydrocarbures en gaz carbonique et vapeur d’eau, ou les réduire en azote et eau.

Application des orthophosphates de terres rares

Les Composite à Matrice Céramique (CMC)
L’application de la monazite en tant que terres rares phosphatés se situe dans le domaine des céramiques techniques. Elle trouve des intérêts essentiels grâce à sa propriété : stabilité thermique et inertie chimique. Donc elle possède une réfractarité élevée. Par sa propriété, l’application récente concerne les Composites à Matrice Céramique (CMC) où l’on utilise la monazite comme interface fibre-matrice. Du fait, il faut que la liaison entre phosphates de terres rares comme LaPO4, CePO4 et oxydes constituant le composite (Al2O3, ZrO2, mullite) soit faible.

Confinements des déchets nucléaires
La monazite aussi est appliquée pour les confinements des déchets nucléaires, plus précisément les conditionnements des actinides mineurs. La présence de quantités d’uranium et de thorium dans la monazite et sa stabilité font de ce minéral un hôte potentiel des actinides à longue durée de vie.

Conducteurs ioniques
La conductivité des matériaux jouent un rôle important dans cette application. Ils sont utilisés comme détecteurs, batteries, électrolyseurs,… En termes de transport protonique, il est assuré par les cations métalliques où bien les cations divalents. Pour cela, la substitution des lanthanides dans la monazite par les cations métalliques comme le calcium, le strontium est plausible. Des études montrent que la substitution du lanthane, constituant la monazite, par le calcium peut donner une conductivité ionique de l’ordre de 6.10⁻⁵ S/cm; pour le remplacement par le strontium, la valeur de la conductivité est de 3.10⁻⁴ S/cm. Cette opération est réalisée à 800°C et sous atmosphère humide.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE A : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I- LA MONAZITE
I- 1) Généralités
I- 2) Aspects géologiques
I- 3) Approche cristallographique
I- 4) Comportement thermique
I- 5) Propriétés de la monazite
Propriété chimique
Propriété physique
I- 6) Application
II – DIFFERENTES METHODES POUR LA SYNTHESE DE LA MONAZITE
II- 1) Méthode des sels fondus
II- 2) Précipitation en milieu aqueux
II- 3) Réaction par voie sèche
II- 4) Méthode sol-gel…
II- 5) Méthode par flash combustion
III – FRITTAGE DE LA MONAZITE
III- 1) Généralités sur le frittage
III- 2) Type de frittage
Frittage naturel
Frittage sous charge
III- 3) Etude récente sur le frittage des composés de type monazite
IV- TECHNIQUE DE CARACTERISATION
IV-1) Caractérisation des poudres par fluorescence X
IV-2) Caractérisation des poudres par DRX
IV-3) Caractérisation des poudres par l’analyse thermique
PARTIE B : MATERIELS ET METHODES
I- Introduction
II- Préparation de minerai de monazite
II- 1) Matériels
II- 2) Méthodes
II-2-1) Prélèvement des matières premiers
II-2-2) Enrichissement par le séparateur magnétique
II-2-3) Broyage
II-2-4) Granulométrie des poudres
III- Caractérisations des poudres de monazite
III-1) Caractérisation des poudres par la fluorescence X
Principe
Appareillage
III-2) Caractérisation des poudres par DRX
Principe
Appareillage
III-3) Caractérisation des poudres par l’analyse thermique
III-3-1) Caractérisation par l’ATG
III-3-2) Caractérisation par ATD-DSC
IV- Traitement thermique par frittage du minerai de monazite
VI- 1) Matériels
VI – 2) Méthodes
PARTIE C : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
I- Caractérisation des matériaux
I- 1) Analyse d’un radionucléide
I- 2) Analyse par Fluorescence X
I- 3) Analyse thermique par ATG-ATD
I- 4) Analyse par DRX…
II- Résultat de l’essai de traitement thermique par frittage de la monazite
III- Discussion
CONCLUSION GENERALE

Télécharger le rapport complet