Soutenance mémoire
La métallurgie
En principe la chromite de bonne qualité métallurgique (minerai standard) doit contenir au moins 48 % Cr2O3 et avoir un ratio Cr / Fe égal ou supérieur à 3. En fait, l’industrie utilise des quantités non négligeable de chromite à faible teneur (inférieure à 48 % Cr2O3) ou à faible ratio (Cr / Fe compris entre 1,7 et 2,8). Le minerai peut être soit sous forme rocheux, soit concentré. En ce qui concerne la granulométrie, on admet les fines, à condition qu’elles ne forment pas une proportion trop importante du minerai, jusqu’à environ la maille de 200µ. L’industrie de la métallurgie prépare, outre le métal lui-même, les ferrochromes destinés à la sidérurgie. Des fontes contenant jusqu’à 70% de chrome sont obtenues en réduisant la chromite par le charbon dans des fours électriques. Ces ferrochromes renferment 0,02 à 10% de carbone, suivant que le garnissage intérieur des fours soit en chromite, en magnésite ou en graphite. Le chrome pur s’obtient en trois étapes : passage de la chromite à un bichromate alcalin ; réduction de ce dernier par le soufre ou le charbon en oxyde Cr2O3 ; enfin réduction de l’oxyde à haute température par l’aluminium en poudre ou le silicium. Le chrome fondu se rassemble au fond du creuset et il est recouvert par l’alumine fondue, colorée en rouge par de l’oxyde de chrome. Les impuretés principales sont l’aluminium et le fer. La purification est difficile. Le chrome pur sert à recouvrir pour les protéger le fer, les aciers, le cuivre et divers alliages : c’est l’opération du chromage qui donne une surface brillante susceptible d’un beau poli, résistant à la corrosion. Il entre dans la composition d’aciers spéciaux et de nombreux alliages. On utilise pour la construction mécanique des aciers contenant un faible pourcentage de chrome et de nickel ; des proportions plus élevées conduisent à des aciers inoxydables, par exemple avec 18% de chrome et 8% de nickel. En augmentant encore les doses de nickel et de chrome, on obtient des aciers résistant à des températures de 650 à 1 150 0C ; c’est le cas de l’Inconel qui contient 15% de Cr, 78% de Ni et 7% de Fe. Le Chromel (80% de Ni et 20% de Cr) sert à faire des résistances chauffantes et des couples thermoélectriques ; il fait partie des nichromes. Divers alliages à base de cobalt constituent les Stellites qui permettent le travail mécanique à chaud ; à côté du cobalt, on y trouve du chrome, du tungstène, du molybdène, parfois du fer et du nickel, avec 1 à 2,5% de carbone (exemple : 55% de Co, 25% de W, 15% de Cr, 5% de Mo).
Gisements associés aux complexes stratiformes
Dans ces complexes, les différents types de roches sont disposés en bancs parallèles de grande extension latérale et passent progressivement des roches péridotitiques, à la base, aux roches gabbroïques ou plus acides au sommet. Les concentrations de chromite forment des pseudo-couches interstratifiées dans l’ensemble. Au bushveld, les principales couches exploitées se trouvent presque immédiatement au mur des gabbros dans une gangue de pyroxénolite ou harzburgite. Les principaux gisements sont ceux associés au complexe du Bushveld de Transvaal (République d’Afrique du Sud), principal producteur mondial de chromite de qualité chimique, et ceux associés au Grand Dyke de Rhodésie du Sud, producteur de chromite de qualité chimique et métallurgique.
Géologie du précambrien de Madagascar
Madagascar est constitué de deux entités géologiques bien distinctes :
– Le socle cristallin Précambrien, qui est le plus ancien, représente un ensemble cristallin magmatique, métamorphique et sédimentaire, déformé et polystructuré. Cet effet polystructural est affecté par les évènements orogéniques et tectono-métamorphiques successifs du Catarchéen au Néocambrien ;
– La partie sédimentaire, qui est la plus jeune, dénommée « la couverture Phanérozoïque de Madagascar » est très peu déformée et est constituée par des sédiments de diverses natures du Paléozoïque à l’Actuel.
Le socle cristallin affleure sur les deux tiers orientaux de l’île, soit environ 400 000 km2 (Besairie, 1948). Il est essentiellement constitué par des roches intensément déformées par un degré élevé de métamorphisme, en dehors des roches plutoniques variées (granites, gabbros, etc.). Il comprend trois zones de cisaillement majeures: Bongolava-Ranotsara, MaevatananaManambondro, et Ampasindava-Brickcaville. (Collins-Windley 2002). Le raisonnement des connaissances actuelles sur la géologie malgache est basé sur un découpage tectono-métamorphique et des conditions métamorphiques. Les différentes recherches effectuées antérieurement permettent de reconnaître les événements tectoniques récents du socle cristallin :
– Une zone majeure de cisaillement méridienne (Angavo), où les domaines de haute intensité de déformation correspondent aux granites alcalins ;
– La structure chevau-décrochante de Ranotsara (Rolin, 1991), qui serait une structure d’accommodation d’un poinçonnage de craton jeune et malléable africain par le Craton froid et rigide de Darwhar (Régnoult, 1991) ;
– La zone de cisaillement Betsileo qui affecte le bloc d’Antananarivo et est marquée par le charriage de la nappe d’Itremo (Collins, 2000) ;
– Les zones de cisaillement de Sud : Vohibory, Ampanihy et Tranomaro (Martelat, 2000) ;
– La suture Betsimisaraka qui limite à l’Est le craton de l’Archéen Inférieur de Darwhar.
Flottation
La flottation est une méthode de séparation de solides qui utilise des différences de propriétés des interfaces entre les solides, une solution aqueuse et un gaz (habituellement l’air). On met en suspension dans l’eau les particules solides que l’on désire séparer, et qui doivent être idéalement constituées d’une seule phase. On traite la pulpe avec des réactifs chimiques (phase de conditionnement) dont le rôle est de rendre hydrophobe la surface des solides, de manière à ce qu’elle ait une plus grande affinité pour l’air que pour l’eau. Les autres réactifs (modificateurs) sont utilisés afin de rendre sélective l’action du ou des collecteurs par activation ou par dépression. Un solide est activé lorsque, ne flottant pas avec une combinaison donnée de réactifs comprenant un collecteur, l’addition d’un nouveau réactif (activant) le fait flotter. Un solide est déprimé lorsque, flottant avec une combinaison donnée de réactifs, l’addition d’un nouveau réactif (déprimant) l’empêche de flotter. La pulpe conditionnée est ensuite introduite dans des cellules de flottation (réacteurs munis d’agitateurs, de diaphragmes ou d’électrodes qui dispersent ou engendrent des bulles d’air dans la suspension). Les bulles d’air, dont la dimension est contrôlée par le mode d’introduction, l’agitation et la présence d’un agent surfractant à l’interface liquide/gaz (moussant), vont se fixer sur les particules à surface hydrophobe. L’ensemble particule + bulle flotte à la surface du réacteur sous l’action de la poussée d’Archimède.
Séparateur travaillant par extraction
Ce sont principalement les séparateurs à bandes transversales et à disques. Ces séparateurs sont équipés d’une bande convoyeuse passant entre les deux pôles d’un électroaimant (entrefer) et soit d’une bande se déplaçant sur la pièce polaire supérieure et transversalement à la bande principale, soit d’un disque denté tournant au-dessus. L’alimentation du minerai se fait en couche mince (1 à 1,5 mm) sur la bande convoyeuse. Les éléments magnétiques passant dans le système sont attirés par la pièce polaire supérieure et évacués sur le côté par la bande transversale ou le disque. Ces séparateurs développent des champs magnétiques variant de 800 à 1 600 kA/m et traitent des débits compris entre 0,3 t · h−1· m−1 à 4 t · h−1· m−1 (la largeur utile variant entre 100 et 800 mm). La granulométrie idéale de l’alimentation est comprise entre 150µm et 10 mm, mais une bonne efficacité est possible jusqu’à 75µm (paramagnétique fort). Ces appareils sont utilisés pour traiter des substances telles que la chromite, l’ilménite, la monazite, le wolframite, les produits pharmaceutiques ou chimiques, les céramiques, etc.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE. GENERALITES SUR LE CHROME ET LA CHROMITE ET CADRE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE
Chapitre I. GENERALITES SUR LE CHROME
I.1 HISTORIQUE
I.2 PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES
I.2.1 Propriétés physiques
I.2.2 Propriétés chimiques
I.3 GEOCHIMIE
I.3.1 Répartition du chrome dans les roches
I.3.2 Cycle du chrome
I.4 MARCHE INDUSTRIEL DU CHROME
I.4.1 La métallurgie
I.4.2 L’industrie CRF
Chapitre II. GENERALITES SUR LA CHROMITE
II.1 MINERALOGIE
II.2 GENESE DE LA CHROMITE
II.3 GISEMENTS ET REPARTITIONS DANS LE MONDE
II.3.1 Gisements associés aux complexes stratiformes
II.3.2 Gisements de type Alpin
II.3.3 Gisements de chromite détritique
II.4 PRODUCTION ET CONSOMMATION MONDIALE
Chapitre III. CADRE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE
III.1 LES CHROMITES DE MADAGASCAR
III.1.1 Historique
III.1.2 Géologie du précambrien de Madagascar
III.1.3 Cadre géologique des minéralisations chromifères de Madagascar
III.2 LES CHROMITITES D’ANTANIMBARY-MAEVATANANA
III.2.1 Cadre géographique
III.2.1.1 Localisation
III.2.1.2 Orographie
III.2.1.3 Pédologie
III.2.1.4 Hydrographie
III.2.1.5 Climat
III.2.1.6 Végétation
III.2.2 Cadre administratif et socio-économique
III.2.3 Contexte géologique
III.2.3.1 Domaine d’Antananarivo
III.2.3.2 La nappe de Tsaratanàna
III.2.3.3 La série de Maevatanàna
III.2.4 Description des lentilles de chromitites d’Antanimbary
DEUXIEME PARTIE. ETUDES EXPERIMENTALES
Chapitre IV. METHODES EXPERIMENTALES
IV.1 METHODES DE CARACTERISATION DU MINERAI
IV.1.1 Etudes sur lames minces
IV.1.1.1 Objectif
IV.1.1.2 Confection des lames minces
IV.1.1.3 Observation sous microscope optique des lames minces
IV.1.2 Analyses par la microsonde électronique
IV.1.2.1 Description et fonctionnement de la microsonde électronique
IV.1.2.2 Paramètres de fonctionnement de la microsonde JXA-8100/8200 JEOL
IV.1.2.3 Résultats des analyses par la microsonde électronique
IV.2 TRAITEMENT DE MINERAI
IV.2.1 Définitions et principe
IV.2.2 Préparation mécanique du minerai
IV.2.2.1 Fragmentation
IV.2.2.1.1 Définitions
IV.2.2.1.2 Objectifs
IV.2.2.1.3 Préparation mécanique des échantillons de chromitites d’Antanimbary
IV.2. 2.2 Analyse granulométrique
IV.2.2.2.1 Définition et objectif de l’analyse granulométrique
IV.2.2.2.2 Principe
IV.2.2.2.3 Méthodes de calcul
IV.2.2.2.4 Tamisage des échantillons de chromitites d’Antanimbary
IV.2.2.2.5 Tracé de la courbe granulométrique
IV.2. 3 Différents procédés de valorisation de minerai
IV.2. 3.1 Concentration gravimétrique
IV.2. 3.2 Séparation magnétique
IV.2. 3.3 Flottation
IV.2.3.4 Critères de choix de la méthode par séparation magnétique
IV.3 LA SEPARATION MAGNETIQUE
IV.3. 1 Principe s physiques de la séparation magne tique
IV.3. 1.1 Propriétés magnétiques de la matière
IV.3.1.1.1 Lois magnétiques
IV.3.1.1.2 Classification des corps
IV.3.1.1.3 Expréssion de la force magnétique
IV.3.1.2 Bases théoriques de la séparation magnétique
IV.3.1.3 Systèmes magnétiques et classification des séparateurs
IV.3.1.3.1 Sources de champs magnétiques
IV.3.1.3.2 Classification des séparateurs
IV.3.2 Technologies des séparateurs magnétiques
IV.3.2.1 Séparateurs magnétiques à basse intensité (SMBI)
IV.3.2.1.1 Séparateurs en voie sèche
IV.3.2.1.2 Séparateurs en voie humide
IV.3.2.2 Séparateurs magnétiques à haute intensité (SMHI)
IV.3.2.2.1 séparateurs à circuits conventionnels (électroaimants)
IV.3.2.2.2 Séparateurs à aimants permanents en céramique
IV.3.2.3 Séparateurs magnétiques à haut gradient de champ (SMHG) et/ou à haut champ
IV.3.3 criteres de choix des appareils
Chapitre V. ESSAIS EXPERIMENTAUX
V.1. DESCRIPTION DE L’APPAREIL DE SEPARATION MAGNETIQUE ET PARAMETRES DE SEPARATION
V.1.1 Description de l’appareil
V.1.2 Fonctionnement de l’ appareil
V.1.3 Paramètres de séparation magnétique à haute intensité par voie sèche
V.2 PREPARATION DU MINERAI COMPOSITE
V.3 ESSAIS DE VALORISATION PAR LA SEPARATION MAGNETIQUE A HAUTE INTENSITE PAR VOIE SECHE DE LA CHROMITE D’ANTANIMBARY
V.3.1 Essai pré liminaire
V.3.2 Deuxième essai
V.3.3 Troisième essai
V.3.4 Quatrième essai
V.3.5 Cinquième essai
Chapitre VI. INTERPRETATION DES RESULTATS ET RECOMMANDATIONS
VI.1 EXPRESSION DES RESULTATS ET INTERPRETATION
VI.2 RECOMMANDATIONS
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXES
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