ETUDE GEOLOGIQUE DES GISEMENTS DE CUIVRE

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Propriétés biologiques

Le cuivre a autrefois été considéré comme un poison dangereux, en particulier sous forme de vert-de-gris, qui est un des nombreux oxydes de cuivre.
Seulement maintenant le cuivre est connu pour sa nécessité à la vie : l’Homme et les animaux ont besoin d’absorber quotidiennement quelques mg de cuivre pour assurer la formation de l’hémoglobine du sang. Apparemment il n’existe pas de maladie professionnelle dans l’industrie du cuivre.
Il a des propriétés bactéricides reconnues. Il détruit les micro-organismes, les bactéries et assainit les canalisations qui sont utilisées dans le monde entier pour la distribution de l’eau, la fabrication de la bière, des confitures et la distillation des alcools.
Des expérimentations en laboratoire et des essais en environnement hospitalier ont démontré que le cuivre possède une action permanente dans l’élimination des germes à l’origine d’infection nosocomiale. Les données les plus récentes acquises lors d’essais cliniques montrent qu’un patient placé dans un environnement disposant de surfaces de contact en cuivre ou en alliages de cuivre (poignées de porte, barres, interrupteurs…) voit son risque de contracter une infection nosocomiale diminuer de plus de 58%.

RECYCLABILITE

Le recyclage a déjà en Europe une place importante dans la filière de production du cuivre (41 % en 2007). [7]
Si tous les métaux sont potentiellement recyclables, seul le cuivre l’est totalement. Cette particularité fait qu’il peut être refondu et transformé de façon à pouvoir être utilisé de nouveau. Le cuivre connaît un cycle ininterrompu tant qu’il est possible de trouver une quantité suffisante et de bonne qualité pour être significatif. Le cuivre est un métal qui peut être recyclé plusieurs fois ce qui permet d’avoir des réserves de grande ampleur à utiliser en cas de besoin.
Le cuivre à l’état natif n’existe qu’en quantité infime. Donc le cuivre récolté dans les mines va suivre un parcours précis pour pouvoir être transformé en un métal d’une pureté satisfaisante. La production de concentrés et l’affinage sont essentiels pour parvenir au cuivre utilisé de façon courante.
Le cuivre est donc un métal qui est présent dans la société d’aujourd’hui mais qui sera également présent demain grâce à l’adoption de nouvelles habitudes responsables. Ne pas compter uniquement sur les mines pour se fournir en cuivre est une façon très judicieuse de voir la réalité des métaux. La montée en puissance du recyclage du cuivre montre que des solutions existent au-delà de la simple extraction.

L’EVOLUTION DU CUIVRE

Le développement durable du cuivre est une exigence de la société qui a pris conscience de ses erreurs dans les réalisations classiques. Le cuivre permet de repenser chaque domaine de la vie en réfléchissant à une manière de réduire la consommation d’énergie et la création de CO2 tout en atteignant un niveau supérieur de performance. [1]
Résistant, d’une conductibilité qui permet une meilleure efficacité et limitant de façon considérable la pollution, ce métal est en réalité présent depuis la Préhistoire et va marquer le futur. La solution était présente depuis toujours mais la prise de conscience actuelle va permettre de rattraper le temps perdu en l’intégrant à présent dans la majorité des projets.
Dans l’ambition de développer des solutions énergétiques plus respectueuses de l’environnement, il était nécessaire de trouver un métal qui puisse apporter tous les éléments souhaités. Transformer une énergie en électricité fait partie des préoccupations premières et il est évident que dans ce cadre le cuivre est le métal parfait compte tenu de sa conductibilité parfaite. Sa résistance permet de mettre en place aujourd’hui les installations qui vont durer pendant les siècles à venir.
Différents substituts du cuivre sont mis en œuvre à l’heure actuelle, dans divers domaines, d’autres sont en cours de développement. De plus, la hausse du prix du cuivre favorise les industriels à le substituer et à le recycler. [1]

SOURCES NATURELLES DE CUIVRE

Le cuivre est présent naturellement dans la croûte terrestre et dans les océans, les lacs, les rivières sous différentes formes et concentrations. C’est un des métaux existant à l’état natif, cependant il est majoritairement présent sous la forme de minerais (ECI, 2010). La teneur moyenne en cuivre de l’écorce terrestre est de 55 ppm. La concentration moyenne en cuivre varie entre 13 et 24 mg/kg dans les sols. [8]

MINES DE RENOM MONDIALE DE CUIVRE

Toutes les mines de cuivre sont connues pour la même raison, la grandeur de l’exploitation ouverte. Au Chili, elles sont immenses et correspondent au podium des cinq premières mines mondiales. Le pays est traversé de mines de cuivre à ciel ouvert, aussi bien à proximité de Santiago, dans des lieux naturels plus éloignés qu’en altitude à proximité du désert d’Atacama.
La mine de Grasberg se distingue car elle est la seule à se trouver sur le continent asiatique. Au plus près du principal de consommateur de cuivre, la Chine, cette position est très avantageuse. L’Indonésie est donc un des pays qui profite de la richesse de ses sols.
Le Pérou complète la liste des pays qui produisent une grande quantité de cuivre, grâce à ses mines d’Anatamina et Cerra Verde. La modernité ou l’intelligence des installations est un point fort pour ces mines qui produisent énormément chaque année.

USAGE DU CUIVRE

Le cuivre pour l’humanité

Le cuivre est depuis sa découverte indispensable à la vie des hommes. Il est possible de le retrouver dans quinze secteurs différents actuellement. Il se trouve en effet en grande quantité dans les logements et autour des hommes. Pour une utilisation directe pour la cuisine à une présence tout autour des personnes dans des domaines divers comme l’architecture, le chauffage et la climatisation, les sanitaires et la robinetterie, l’électricité et les télécommunications, le cuivre est partout auprès des hommes.

Le cuivre et la santé

Selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), le risque le plus grand lié au cuivre est sa déficience potentielle, même pour les pays développés d’Europe de l’ouest ou sur le continent nord-américain. Une déficience en cuivre peut conduire à des troubles de la santé tels que l’anémie, des problèmes de cœur ou de circulation, des anomalies osseuses ou des complications dans les fonctionnements du système nerveux et immunitaire, des poumons, de la thyroïde, du pancréas et des reins.
Le cuivre est indispensable entre autres, à la croissance des enfants, la solidité des os, la maturation des globules blancs et rouges, au transport du fer, au métabolisme du cholestérol et du glucose, à la contraction des muscles du cœur et au développement du cerveau. Les apports en cuivre sont plus spécifiquement importants chez la femme enceinte, pour le développement du fœtus et pour les nouveaux nés. La recommandation habituelle s’élève à 1,2 mg par jour chez l’adulte et 0,5 à 1 mg par jour chez l’enfant.

Le cuivre et les infrastructures

Les produits en cuivre font partie de projets d’infrastructure environnementaux, de capteurs, de projets d’instrumentation et de mesure, de recyclage, de nettoyage et de projets de traitement des déchets. Compte tenu de sa malléabilité, le cuivre peut être transformé à volonté en plaques, en tubes, en fils, ce qui explique qu’il soit autant présent dans le domaine industriel. Il apparaît dans presque tous les domaines de la vie quotidienne depuis la construction des bâtiments aux différents éléments qui se trouvent à l’intérieur et jusque dans les cuisines et l’alimentation. Veillant à la qualité des transports et au maintien d’un bon état de santé, l’industrie du cuivre veille à satisfaire tous les besoins.

Le cuivre et les émissions carbonées

En augmentant le diamètre des conducteurs en cuivre, il est possible de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Les avantages induits concernent les facteurs environnementaux, les réductions des coûts liés au cycle de vie et le taux de recyclage de 100 % en fin d’utilisation.

PRODUCTION PRIMAIRE DU CUIVRE

Le cuivre se trouve à des concentrations massiques de l’ordre de 0,5 à 1 % dans le minerai. Quelques cas particuliers tels que certains minerais du Chili présentent des teneurs en cuivre supérieures, de 2 à 5 %.
La première étape pour la fabrication de cuivre primaire est l’enrichissement du minerai. Selon sa composition, l’élaboration des concentrés se fait par voie physique et physicochimique (dite minéralurgie) ou par voie chimique (dite hydrométallurgie). La minéralurgie concerne 83 % du cuivre primaire produit en 2011. Elle consiste en une flottation, puis un traitement par fusion des concentrés dit pyrométallurgie. L’hydrométallurgie s’applique uniquement aux minerais oxydés qui représentent 17 % du cuivre primaire produit en 2011.
La deuxième étape est la mise en œuvre du cuivre pour un usage industriel : la fabrication des profilés et des laminés. En effet, le cuivre ainsi concentré ne convient pas pour la majorité des usages. Il doit être mis en forme pour les opérations de traitements ultérieurs. [9]

PRODUCTION SECONDAIRE DU CUIVRE

Les résidus de production primaire et les déchets sont les sources de cuivre valorisables par recyclage [10]. Les produits récupérés en vue du recyclage sont :
Les scraps nouveaux : Ce sont des chutes provenant d’industries fabriquant des semi-produits (tôles, barres, tubes, fils) et des produits finis. Des scraps sont générés au niveau des raffineries de cuivre et de l’élaboration des produits) .
Les scraps anciens : Ils désignent des matériaux obsolètes : machines hors d’usage, débris de manufactures, vieux bateaux, avions, véhicules, câbles, munitions, déchets de démolition (réfrigérateurs, matériel informatique, standards téléphoniques, téléviseurs, moteurs électriques, etc.) .
Les cendres et les résidus de l’industrie métallurgique (les scories, les écumes, les crasses, les boues anodiques, les alliages, les déchets de fonderie). Ce sont des produits résiduaires provenant de procédés métallurgiques et de raffinage. Ces produits sont usuellement recyclés à l’usine ou vendus pour un traitement ultérieur ou « inertés » quand ils ne peuvent être valorisés.
Le recyclage du cuivre s’effectue par la fusion avec grillage des résidus et par l’agglomération des particules de cuivre en vue de produire un métal de qualité suffisante pour l’affinage.

TAUX DE PRODUCTION

D’après Vignes (2013), la production annuelle mondiale de cuivre atteint 16 740.103 tonnes en 2012, dont 823.103 tonnes pour l’Union européenne des 27. La répartition de la production mondiale de cuivre en 2011 est présentée dans la Figure 5 ci-après, d’après LME.[10]
On constate que le continent asiatique est le producteur majoritaire de cuivre dans le monde avec un pourcentage de 46%. Suivi du continent américain avec 28% de la production mondiale.

Propriétés Chimiques

– Formule chimique : Cu2CO3(OH)2.
– Densité : 3,6 à 4,05.
– Dureté : variant de 3,5 à 4,0 sur l’échelle de Mohs.
– Solubilité : effervescent à l`acide chlorhydrique, très légèrement soluble dans l’eau contenant du CO2.
– Comportement chimique : Humidifié par HCl, elle colore la flamme en vert.

USAGE

Lithothérapie

La malachite est efficace contre l’arthrose, le rhumatisme, les crampes, la hernie mais également pour l’asthme, la pneumonie et les coliques. [17]
La malachite est utilisée pour lutter contre les crampes, les raideurs des membres dus à des inflammations ou affections. Elle harmonise l’ADN et la structure cellulaire, en outre, elle fortifie le système immunitaire. En lithothérapie, la malachite est considérée comme pierre bénéfique dans la lutte contre les angoisses et les énergies négatives. Elle favorise l’expression des sentiments. [18]

Peinture

La malachite a été utilisée comme pigment minéral depuis l`antiquité pour rendre certains tons bleu-vert clairs et lumineux. Elle occupe une place précoce dans tous les domaines qui touchent à l’enluminure. Notamment dans la réalisation des fresques au moyen âge ainsi que dans la peinture des icônes. Les Égyptiens les utilisent pour les décors des papyrus et la couleur fait partie de la palette de base des manuscrits enluminé de l’Inde antique. [19].

Cosmétique

En cosmétologie, la malachite est utilisée comme élément de base des produits anti-oxydants et détoxifiants. Elle a une action protectrice à plusieurs niveaux du processus de défense antioxydant des cellules, et un effet détoxifiant. [12]

Décoration et ornement

Pierre décorative de couleur vert foncée, utilisée en joaillerie. La malachite est utilisée pour recouvrir plus précisément la ‘vert-de-gris’ certaine fois les objets archéologiques ou les pièces en cuivre ; vue qu`elles sont utilisées comme minerai de cuivre. Cependant les blocs les plus esthétiques sont le plus souvent destines à l`ornementation, et à l`alimentation des confections d`objets d`art et de bibelots. A l’exemple du trophée FIFA de la Coupe du monde de football qui intègre à sa base deux morceaux de malachite. Elle est principalement utilisée comme pierre ornementale, notamment en Russie où se trouvaient d’importants gisements. D’ailleurs, le musée de l’Ermitage à Saint-Pétersbourg renferme de nombreuses œuvres ornementales en malachite. Ces exemples sont présentés sur la photo qui suit.

Lixiviation ou mise en solution du minerai

Il y a plusieurs méthodes de lixiviation du cuivre [21]. La mise en solution doit être adaptée au type de matériau à traiter, selon qu’il s’agisse de minerai brut ou de concentré. Elle est suivie d’une opération de lavage des résidus de lixiviation et d’une clarification des solutions cuivreuses à partir desquelles on opère l’extraction du cuivre. La mise en solution sulfurique est la règle. Elle a pour inconvénient d’être inefficace pour la mise en solution de la molybdénite et de l’or natif [21]. Mais les deux facteurs qui régissent principalement les réactions en hydrométallurgie sont des facteurs thermodynamiques et des facteurs cinétiques, qui en fin de compte conditionnent l’applicabilité du procédé. Dans cet ouvrage, on a employé la LIXIVIATION A L’ACIDE SULFURIQUE A PRESSION ATMOSPHERIQUE.

Purification ou Extraction de la solution

Il existe deux voies principales d’extraction par solvant selon le milieu d’opération (soit sulfurique soit ammoniacal). Héritée des procédés utilisés en énergie nucléaire, l’extraction par solvant (procédé SX) n’a pas seulement pour but d’augmenter la concentration du cuivre dans les solutions cuivriques, afin de la rendre compatible avec l’électroextraction (procédé EW), mais aussi de rejeter des impuretés solubles. (Cf. annexe 3)

Electrolyse

De nos jours, deux types d’électrolyse du cuivre [22] sont observés :
 L’électroextraction ou electrowinning est procédé typiquement hydrométallurgique.
Il consiste à électro-déposer le cuivre à partir de la solution ionique concentrée.
 L’électroraffinage s’associe dans la réalité industrielle à la pyrométallurgie. C’est une méthode qui utilise une dissolution anodique d’anodes en cuivre.
Toutefois, dans les deux cas, l’existence d’un dépôt de cuivre à la cathode est à noter.

Avantages et inconvénients

Les avantages et inconvénients de l’hydrométallurgie du cuivre [11] sont les suivants :
 Coût énergétique moindre et frais d’investissements faibles .
 Possibilité d’obtention de cuivre très pur à partir de la solution .
 Faculté de traiter les minerais in situ (cas de la lixiviation en tas) .
 Mise en continu des procédés d’extraction .
 Gangue siliceuse non attaquée par les acides. Alors qu’en pyrométallurgie cette gangue doit être scorifiée .
 Problèmes de corrosion de matériaux restreints. En comparaison à l’usure des revêtements réfractaires des fours qu’il faut remplacer périodiquement avec arrêt des installations .
 Procédé réalisable à une échelle relativement réduite et agrandie par la suite, suivant les besoins. Tandis qu’il faut concevoir des installations pyrométallurgiques importantes. Etant donné qu’il est beaucoup plus économique de construire et d’exploiter un grand four que plusieurs petits .
 Facilité de maîtrise de la pollution directe causée par les usines par voie humide comparé à la pollution thermique et atmosphérique d’une usine par voie sèche.
 Les procédés hydrométallurgiques en eux-mêmes sont vus comme provoquant moins de lésions critiques à l’environnement que les procédés pyrométallurgiques. Le traitement des minerais par ce procédé entraîne une pollution atmosphérique nettement plus faible que lors des opérations pyrométallurgiques. Cependant les métaux précieux restent dans la gangue et ne sont donc pas récupérés.
 Toutefois, les démarches d’hydrométallurgie peuvent être la genèse de graves pollutions ponctuelles.
 Au passif de l’hydrométallurgie, il faut signaler que, sauf exception, les métaux précieux éventuellement présents dans les minerais restent avec la gangue, que le fonctionnement des usines est perturbé par les grands froids et que les risques d’incendie dans la manipulation des solvants sont réels. Ce procédé concerne, principalement les minerais « oxydés » facilement solubles mais aussi, de plus en plus, les minerais sulfurés de faible teneur à l’aide de l’assistance de bactéries lors des opérations de lixiviation, appelées alors biolixiviation.

Table des matières

PARTIE I. GENERALITES
Chapitre I. GENERALITES SUR LE CUIVRE
I.1. HISTORIQUE
I.2. DEFINITION
I.3. DESIGNATION
I.3.1. Norme NFA
I.3.2. Norme ISO
I.3.3. Norme EN
I.4. PROPRIETES
I.4.1. Propriétés physiques
I.4.2. Propriétés mécaniques
I.4.3. Propriétés chimiques
I.4.4. Propriétés biologiques
I.5. RECYCLABILITE
I.6. L’EVOLUTION DU CUIVRE
I.7. SOURCES NATURELLES DE CUIVRE
I.8. MINES DE RENOM MONDIALE DE CUIVRE
I.9. USAGE DU CUIVRE
I.9.1. Le cuivre pour l’humanité
I.9.2. Le cuivre et la santé
I.9.3. Le cuivre et les infrastructures
I.9.4. Le cuivre et les émissions carbonées
I.10. PRINCIPE DE PRODUCTION
I.10.1. PRODUCTION PRIMAIRE DU CUIVRE
I.10.2. PRODUCTION SECONDAIRE DU CUIVRE
I.11. TAUX DE PRODUCTION
I.12. VALEUR DU CUIVRE SUR LE MARCHE
Chapitre II. GENERALITES SUR LA ROCHE MALACHITE
II.1. HISTORIQUE
II.2. DEFINITION
II.3. NOMINATION
II.4. ORIGINE
II.5. GISEMENTS
II.6. CARACTÉRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES
II.7. PROPRIÉTÉS DE LA MALACHITE
II.7.1.Propriétés physiques
II.7.2.Propriétés cristallographiques
II.7.3.Propriétés cristallochimiques
II.7.4.Propriétés Optiques
II.7.5.Propriétés Chimiques
II.8. USAGE
II.8.1.Lithothérapie
II.8.2.Peinture
II.8.3.Cosmétique
II.8.4.Décoration et ornement
II.8.5.Décoration moderne d’intérieur
II.8.6.Métallurgie
II.9. ANALYSE DE CYCLE DE VIE
Chapitre III. L’HYDROMETALLURGIE DU CUIVRE
III.1. Historique
III.2. Définitions
III.3. Etapes
III.3.1. Prétraitement
III.3.2. Lixiviation ou mise en solution du minerai
III.3.3. Purification ou Extraction de la solution
III.3.4. Electrolyse
III.4. Avantages et inconvénients
III.5. Impact environnemental
III.5.1 Problème des boues
III.5.2 Problème des crasses
III.5.3 Problème des saignées
III.5.4 Problème des effluents
Chapitre IV. ETUDE GEOLOGIQUE DES GISEMENTS DE CUIVRE A MADAGASCAR 
IV.1. Domaine de Daraina
IV.2. Domaine de Melaky
IV.3. Domaine du Vohibory
IV.4. Domaine d’Itremo-Ikalamavony
PARTIE II. METHODOLOGIE
Chapitre V. ZONES D’ECHANTILLONNAGE
V.1. Méthodologie
V.2. Zones d’études
Chapitre VI. PRETRAITEMENTS DES ROCHES
VI.1. Méthodologie
VI.2. Pesages
VI.3. Séchage par étuvage
VI.4. Concassages
VI.4.1.Concassage manuel
VI.4.2.Concassage via un concasseur à mâchoire
VI.5. Broyages
VI.6. Quartages
Chapitre VII. ANALYSES CHIMIQUES
VII.1. METHODOLOGIE
VII.2. ANALYSE GRANULOMETRIQUE
VII.3. SEPARATION MAGNETIQUE
VII.4. DETERMINATION DE L’HUMIDITE
VII.5. DETERMINATION DE LA PERTE AU FEU
VII.6. FUSION ALCALINE
VII.7. DOSAGE SPECTROMETRIQUE UV
VII.8. DOSAGE DES ÉLÉMENTS MAJEURS
Chapitre VIII. PRATIQUE DE L’HYDRO MÉTALLURGIE DU CUIVRE
VIII.1. LIXIVIATION
VIII.1.1. REACTIFS ET MATERIELS
VIII.1.2. PRINCIPE
VIII.1.3. MODE OPERATOIRE
VIII.1.4. PARAMETRES
VIII.2. SEPARATION SOLIDE LIQUIDE
VIII.2.1. MATERIELS ET REACTIFS
VIII.2.2. MÉTHODOLOGIE
VIII.3. ELECTROLYSE DU CUIVRE [22]
VIII.3.1. OBJECTIFS
VIII.3.2. MATERIELS ET REACTIFS
VIII.3.3. PROTOCOLE [22]
PARTIE III. RESULTATS ET DISCUSSIONS
Chapitre IX. RESULTATS
IX.1. ANALYSES CHIMIQUES
IX.1.1.Teneur en eau
IX.1.2.Courbes granulométriques
IX.1.3.Séparations magnétiques
IX.1.4.Pourcentage en humidité
IX.1.5.Perte au feu
IX.1.6.Pourcentage en Silice
IX.1.7.Pourcentage en CaO
IX.1.8.Somme des hydroxydes
IX.1.9.Pourcentage en MgO
IX.1.10.Pourcentage en dioxyde de titane
IX.1.11.Pourcentage en oxyde ferrique
IX.1.12.Pourcentage en alumine
IX.1.13.Pourcentage de cuivre
IX.1.14.Eléments présents dans la malachite
IX.1.15.Dosage volumétrique
IX.1.16.Dosage spectrophotométrique UV-visible
IX.2. LIXIVIATION
IX.2.1.Lixiviat ou jus
IX.2.2.Taux de dilution
IX.2.3.Durée de la lixiviation
IX.2.4.Analyse du jus ou lixiviat
RAFALIMANANA LYDIE JEANNE XXXV
IX.3. EXTRACTION SOLIDE-LIQUIDE
IX.4. ELECTROLYSE
Chapitre X. DISCUSSIONS
X.1 Teneur en eau
X.2 Courbes granulométriques
X.3 Séparations magnétiques
X.4 Pourcentage en humidité
X.5 PAF OU LOI
X.6 Pourcentage en silice
X.7 Pourcentage en oxyde de calcium
X.8 Somme des hydroxydes
X.9 Pourcentage en magnésie
X.10 Pourcentage en dioxyde de titane
X.11 Pourcentage en oxyde ferrique
X.12 Pourcentage en alumine
X.13 Pourcentage de cuivre
X.14 Compositions chimiques de la malachite
X.15 Lixiviation
X.16 Extraction solide-liquide
X.17 Spectrophotométrie UV-visible
X.18 Electrolyse
CONCLUSION
RÉFÉRENCE WEBOGRAPHIQUE
RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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