Soutenance mémoire
GENERALITES
Historique
Le nickel est connu de l’Homme depuis des millénaires. Les hommes préhistoriques se servaient déjà du nickel contenu dans les météorites pour réaliser des objets usuels. Il a été ensuite utilisé pour la fabrication de pièces de monnaies au début de notre ère (sous forme de cupronickel). Longtemps confondu avec l’oxyde de cuivre, il n’a été réellement identifié et isolé qu’en 1751 par le chimiste suédois Alex Cronstedt.
Les premiers procédés thermiques de raffinage du nickel ont été mis au point dans les années 1900, notamment le procédé Mond et le procédé INCO. Vers 1950, de nouveaux procédés furent utilisés : les procédés hydrométallurgiques (lixiviations acides ou basiques) pour aboutir de nos jours à une part de marché égale pour ces 2 types de traitements. Les débuts de la métallurgie moderne du nickel remontent en 1865, date où les français Garnier et Heurtaux découvrirent les ressources minières de la nouvelle Calédonie.
On connait le cobalt depuis l’antiquité grâce à ses composés qui colorent le verre d’un bleu intense. Jusqu’au XVIIIe siècle, le terme « cobalt » (du mot kobold) désigne le minerai contenant cet élément. En 1735, le chimiste suédois Georg Brandt (1694-1768) extrait de ce minerai un « semi-métal » nouveau qu’il nomme « cobalt ». En 1745, il démontre que le cobalt est la cause de la couleur bleue que le minerai de cobalt communique aux verres, alors que l’on attribuait précédemment celle-ci soit au bismuth, soit au fer et à l’arsenic. Pendant le XIXe siècle, le bleu cobalt fut produit par la fabrique norvégienne Blaafarveværket (70-80 % de la production mondiale) dirigée par l’industriel prussien Benjamin Wegner. En 1938, John Livingood et Glenn Seaborg découvrirent le cobalt.
Généralités sur les nickels et les cobalts
L’objet du présent mémoire est plutôt axé sur le nickel et le cobalt comme matières premières issues des activités d’exploitation matière. Il nous paraît nécessaire, ne serait que d’une manière succincte, de procéder à la description de ces deux éléments.
Caractéristiques du nickel
Le chimiste suédois Cronstedt a découvert le nickel en 1751 dans le kupfernickel (niccolite). Le nickel est blanc argenté. Il est dur, malléable, quelque peu ferromagnétique, et un conducteur de chaleur et d’électricité. Il appartient au groupe de fer-cobalt de métaux et est principalement valable pour les alliages qu’il forme. Le nickel est un métal blanc argenté qui possède un éclat poli. Il fait partie du groupe du fer. C’est un métal ductile (malléable). On le trouve sous forme combinée au soufre dans la millérite, à l’arsenic dans la nickéline. Grâce à sa résistance à l’oxydation et à la corrosion, il est utilisé pour la fabrication des pièces de monnaie, pour le plaquage du fer, du cuivre, du laiton, dans certaines combinaisons chimiques et dans certains alliages. Il est ferromagnétique, et est fréquemment accompagné de cobalt. Il est particulièrement apprécié pour les alliages qu’il forme.
Les principaux caractéristiques du nickel sont :
-Nom : Nickel
-Symbole : Ni
-Numéro atomique : 28
-Groupe : 8b – élément triadique du fer
-Aspect : argenté
-Etat à 20° : solide
-Molécule typique : NiO
-Découvert par : Cronstedt
-Année de découverte : 1751
-Racine du nom : Kopparnickel – faux cuivre
Propriétés physiques
-Aspect : argenté
-Etat à 20° : solide
-Masse atomique : 58.71
-Point de fusion : 1453°C
-Point d’ébullition : 2732°C
-Densité : 8.9
Propriétés chimiques
Symbole : Ni
Groupe : 8b – élément triadique du fer
Valences : 2, (+3)
Numéro atomique : 28
Masse atomique : 58.71
Molécule courante : NiO
Exemples de molécules :
NiO – oxyde de nickel
Ni3S2 – sulfite de nickel
NiSb – Nickel antimoine
NiAs – Nickel Arsenic
Caractéristiques du cobalt
Le cobalt est présent dans la nature où il représente environ 0,002 % de la croûte terrestre. Il est souvent associé au nickel, à l’argent, au plomb et au cuivre. De couleur grisâtre et de teinte brillante et métallique, le cobalt est disponible sous beaucoup de formes comprenant le clinquant, les morceaux, la poudre, la tige et le fil. Le cobalt est un métal de transition avec les propriétés magnétiques semblables à ceux du fer. Le cobalt est présent dans les météorites.
Les principaux caractéristiques du cobalt sont les suivants :
Nom : Cobalt ;
Symbole : Co ;
Numéro atomique : 27 ;
Groupe : 8b (élément triadique du fer) ;
Aspect : argenté ;
Etat à 20°C : solide ;
Molécule typique : CoCl2 ;
Découvert par Brandt en 1735.
Propriétés physiques
Masse atomique : 58, 93 ;
Aspect : argenté ;
Point de fusion : 1495°C ;
Point d’ébullition : 2870°C ;
Densité : 8,9.
Propriétés chimiques
Symbole : Co ;
Groupe : 8b (élément triadique du fer) ;
Valence : 2 ;
Masse atomique : 27 ;
Molécule courante : CoCl2 ;
Electronégativité : 1,8.
Propriétés nucléaires
Masse des principaux isotopes : 55-61 ;
Quelques désintégrations
– Masse atomique de l’isotope : 58
– Particule émise : βp
– Demi-vie : 72 jours
– Masse atomique de l’isotope : 60
– Particule émise : βn
– Demi-vie : 5,25 année
L’hydrométallurgie
Définition
L’hydrométallurgie est un procédé métallurgique par lequel des métaux sont extraits d’un minerai, au moyen d’un réactif chimique, dans un milieu à haute température et sous pression puis séparés pour produire un concentré ou un produit intermédiaire dont l’ensemble de procédés d’extraction ou de purification des métaux réalisés en phase aqueuse.
L’hydrométallurgie est constituée de plusieurs étapes :
➤Préparation du minerai ;
➤Lixiviation ;
➤Décantation à contre-courant ;
➤Neutralisation partielle ;
➤Extraction par solvant ;
➤Produits finis ;
➤Neutralisation finale (traitement des résidus).
Brève historique de l’hydrométallurgie
L’hydrométallurgie est l’extraction des métaux issus des minerais, des concentrés, des produits intermédiaires et des déchets par des solutions aqueuses et plus particulièrement des réactifs chimiques, suivie de la séparation des solutions. Les procédés de l’hydrométallurgie avaient été utilisés pour la première fois au XVIème siècle pour l’extraction du cuivre du minerai du gisement de Rio-Tinto en Espagne. Les procédés de l’hydrométallurgie avaient été élaborés et utilisés plus tard pour l’extraction de beaucoup d’autres métaux : platine(1827), nickel(1875), aluminium de minerai de bauxite en Russie(1892), l’or en Nouvelle-Zélande(1889), zinc au Canada et aux Etats-Unis(1914). Une contribution particulière a été apportée d’une part par le chimiste français Létrange L. sur la théorie de l’hydrométallurgie du zinc(1880), et d’autre part par l’allemand Henichmidt O. (1914). Vers les années 20 du siècle dernier, les fondements théoriques de l’hydrométallurgie du Radium avaient été connus en URSS par Lopine V.
Plus de 20% de la production du cuivre, 50 à 70% de zinc et de nickel, environ 100% d’oxyde d’aluminium et d’uranium, le cadmium et le cobalt ainsi que d’autres métaux sont extraits à partir de l’hydrométallurgie. Le taux élevé de l’utilisation de l’hydrométallurgie peut être expliqué par deux raisons :
• Son efficacité pour l’exploitation des minerais disséminés à faible teneur dont l’enrichissement s’avère difficile ;
• La préférence de son utilisation par rapport aux procédés pyrométallurgiques qui créent des problèmes d’environnement à cause de la quantité non négligeable de l’éjection des produits nocifs dans l’atmosphère.
La lixiviation sous pression avec chauffage, effectuée dans des autoclaves, permet d’accélérer, à plus de cent à mille fois, les réactions.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : LE NICKEL ET LE COBALT
CHAPITRE I : GENERALITES
CHAPITRE II : SITUATION DU NICKEL ET DU COBALT DANS LE MONDE
CHAPITRE III: CONTEXTE ECONOMIQUE
PARTIE II : LE NICKEL-COBALT A MADAGASCAR
CHAPITRE I : HISTORIQUE DE NICKEL-COBALT A MADAGASCAR
CHAPITRE II : RAPPEL DE LA GEOLOGIE MALGACHE
CHAPITRE III : PRINCIPAUX GISEMENTS DE NICKEL-COBALT A MADAGASCAR
CHAPITRE IV : CONTEXTE ECONOMIQUE
PARTIE III : SYNTHESE ET ANALYSES MULTICRITERES
CHAPITRE I : RAPPELS METHODOLOGIQUES
CHAPITRE II : APPLICATIONS ET SYNTHESES
CHAPITRE III : RECOMMANDATIONS ET PERSPECTIVES
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
