La mรฉtallurgie
ย ย ย ย ย ย ย ย En principe la chromite de bonne qualitรฉ mรฉtallurgique (minerai standard) doit contenir au moins 48 % Cr2O3 et avoir un ratio Cr / Fe รฉgal ou supรฉrieur ร 3. En fait, lโindustrie utilise des quantitรฉs non nรฉgligeable de chromite ร faible teneur (infรฉrieure ร 48 % Cr2O3) ou ร faible ratio (Cr / Fe compris entre 1,7 et 2,8). Le minerai peut รชtre soit sous forme rocheux, soit concentrรฉ. En ce qui concerne la granulomรฉtrie, on admet les fines, ร condition quโelles ne forment pas une proportion trop importante du minerai, jusquโร environ la maille de 200ยต. Lโindustrie de la mรฉtallurgie prรฉpare, outre le mรฉtal lui-mรชme, les ferrochromes destinรฉs ร la sidรฉrurgie. Des fontes contenant jusqu’ร 70% de chrome sont obtenues en rรฉduisant la chromite par le charbon dans des fours รฉlectriques. Ces ferrochromes renferment 0,02 ร 10% de carbone, suivant que le garnissage intรฉrieur des fours soit en chromite, en magnรฉsite ou en graphite. Le chrome pur s’obtient en trois รฉtapes : passage de la chromite ร un bichromate alcalin ; rรฉduction de ce dernier par le soufre ou le charbon en oxyde Cr2O3 ; enfin rรฉduction de l’oxyde ร haute tempรฉrature 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, colorรฉe en rouge par de l’oxyde de chrome. Les impuretรฉs principales sont l’aluminium et le fer. La purification est difficile. Le chrome pur sert ร recouvrir pour les protรฉger le fer, les aciers, le cuivre et divers alliages : c’est l’opรฉration du chromage qui donne une surface brillante susceptible d’un beau poli, rรฉsistant ร la corrosion. Il entre dans la composition d’aciers spรฉciaux et de nombreux alliages. On utilise pour la construction mรฉcanique des aciers contenant un faible pourcentage de chrome et de nickel ; des proportions plus รฉlevรฉes conduisent ร 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 rรฉsistant ร des tempรฉratures de 650 ร 1 150 0C ; c’est le cas de lโInconel qui contient 15% de Cr, 78% de Ni et 7% de Fe. Le Chromel (80% de Ni et 20% de Cr) sert ร faire des rรฉsistances chauffantes et des couples thermoรฉlectriques ; il fait partie des nichromes. Divers alliages ร base de cobalt constituent les Stellites qui permettent le travail mรฉcanique ร chaud ; ร cรดtรฉ du cobalt, on y trouve du chrome, du tungstรจne, du molybdรจne, parfois du fer et du nickel, avec 1 ร 2,5% de carbone (exemple : 55% de Co, 25% de W, 15% de Cr, 5% de Mo).
Gisements associรฉs aux complexes stratiformes
ย ย ย ย ย ย ย Dans ces complexes, les diffรฉrents types de roches sont disposรฉs en bancs parallรจles de grande extension latรฉrale et passent progressivement des roches pรฉridotitiques, ร la base, aux roches gabbroรฏques ou plus acides au sommet. Les concentrations de chromite forment des pseudo-couches interstratifiรฉes dans lโensemble. Au bushveld, les principales couches exploitรฉes se trouvent presque immรฉdiatement au mur des gabbros dans une gangue de pyroxรฉnolite ou harzburgite. Les principaux gisements sont ceux associรฉs au complexe du Bushveld de Transvaal (Rรฉpublique dโAfrique du Sud), principal producteur mondial de chromite de qualitรฉ chimique, et ceux associรฉs au Grand Dyke de Rhodรฉsie du Sud, producteur de chromite de qualitรฉ chimique et mรฉtallurgique.
Gรฉologie du prรฉcambrien de Madagascar
Madagascar est constituรฉ de deux entitรฉs gรฉologiques bien distinctes :
– Le socle cristallin Prรฉcambrien, qui est le plus ancien, reprรฉsente un ensemble cristallin magmatique, mรฉtamorphique et sรฉdimentaire, dรฉformรฉ et polystructurรฉ. Cet effet polystructural est affectรฉ par les รฉvรจnements orogรฉniques et tectono-mรฉtamorphiques successifs du Catarchรฉen au Nรฉocambrien ;
– La partie sรฉdimentaire, qui est la plus jeune, dรฉnommรฉe ยซ la couverture Phanรฉrozoรฏque de Madagascar ยป est trรจs peu dรฉformรฉe et est constituรฉe par des sรฉdiments de diverses natures du Palรฉozoรฏque ร lโActuel.
Le socle cristallin affleure sur les deux tiers orientaux de lโรฎle, soit environ 400 000 km2 (Besairie, 1948). Il est essentiellement constituรฉ par des roches intensรฉment dรฉformรฉes par un degrรฉ รฉlevรฉ de mรฉtamorphisme, en dehors des roches plutoniques variรฉes (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 gรฉologie malgache est basรฉ sur un dรฉcoupage tectono-mรฉtamorphique et des conditions mรฉtamorphiques. Les diffรฉrentes recherches effectuรฉes antรฉrieurement permettent de reconnaรฎtre les รฉvรฉnements tectoniques rรฉcents du socle cristallin :
– Une zone majeure de cisaillement mรฉridienne (Angavo), oรน les domaines de haute intensitรฉ de dรฉformation correspondent aux granites alcalins ;
– La structure chevau-dรฉcrochante de Ranotsara (Rolin, 1991), qui serait une structure dโaccommodation dโun poinรงonnage de craton jeune et mallรฉable africain par le Craton froid et rigide de Darwhar (Rรฉgnoult, 1991) ;
– La zone de cisaillement Betsileo qui affecte le bloc dโAntananarivo et est marquรฉe par le charriage de la nappe dโItremo (Collins, 2000) ;
– Les zones de cisaillement de Sud : Vohibory, Ampanihy et Tranomaro (Martelat, 2000) ;
– La suture Betsimisaraka qui limite ร lโEst le craton de lโArchรฉen Infรฉrieur de Darwhar.
Flottation
ย ย ย ย ย ย ย La flottation est une mรฉthode de sรฉparation de solides qui utilise des diffรฉrences de propriรฉtรฉs des interfaces entre les solides, une solution aqueuse et un gaz (habituellement lโair). On met en suspension dans lโeau les particules solides que lโon dรฉsire sรฉparer, et qui doivent รชtre idรฉalement constituรฉes dโune seule phase. On traite la pulpe avec des rรฉactifs chimiques (phase de conditionnement) dont le rรดle est de rendre hydrophobe la surface des solides, de maniรจre ร ce quโelle ait une plus grande affinitรฉ pour lโair que pour lโeau. Les autres rรฉactifs (modificateurs) sont utilisรฉs afin de rendre sรฉlective lโaction du ou des collecteurs par activation ou par dรฉpression. Un solide est activรฉ lorsque, ne flottant pas avec une combinaison donnรฉe de rรฉactifs comprenant un collecteur, lโaddition dโun nouveau rรฉactif (activant) le fait flotter. Un solide est dรฉprimรฉ lorsque, flottant avec une combinaison donnรฉe de rรฉactifs, lโaddition dโun nouveau rรฉactif (dรฉprimant) lโempรชche de flotter. La pulpe conditionnรฉe est ensuite introduite dans des cellules de flottation (rรฉacteurs munis dโagitateurs, de diaphragmes ou dโรฉlectrodes qui dispersent ou engendrent des bulles dโair dans la suspension). Les bulles dโair, dont la dimension est contrรดlรฉe par le mode dโintroduction, lโagitation et la prรฉsence dโun agent surfractant ร lโinterface liquide/gaz (moussant), vont se fixer sur les particules ร surface hydrophobe. Lโensemble particule + bulle flotte ร la surface du rรฉacteur sous lโaction de la poussรฉe dโArchimรจde.
Sรฉparateur travaillant par extraction
ย ย ย ย ย ย ย Ce sont principalement les sรฉparateurs ร bandes transversales et ร disques. Ces sรฉparateurs sont รฉquipรฉs dโune bande convoyeuse passant entre les deux pรดles dโun รฉlectroaimant (entrefer) et soit dโune bande se dรฉplaรงant sur la piรจce polaire supรฉrieure et transversalement ร la bande principale, soit dโun disque dentรฉ tournant au-dessus. Lโalimentation du minerai se fait en couche mince (1 ร 1,5 mm) sur la bande convoyeuse. Les รฉlรฉments magnรฉtiques passant dans le systรจme sont attirรฉs par la piรจce polaire supรฉrieure et รฉvacuรฉs sur le cรดtรฉ par la bande transversale ou le disque. Ces sรฉparateurs dรฉveloppent des champs magnรฉtiques variant de 800 ร 1 600 kA/m et traitent des dรฉbits compris entre 0,3 t ยท hโ1ยท mโ1 ร 4 t ยท hโ1ยท mโ1 (la largeur utile variant entre 100 et 800 mm). La granulomรฉtrie idรฉale de lโalimentation est comprise entre 150ยตm et 10 mm, mais une bonne efficacitรฉ est possible jusquโร 75ยตm (paramagnรฉtique fort). Ces appareils sont utilisรฉs pour traiter des substances telles que la chromite, lโilmรฉnite, la monazite, le wolframite, les produits pharmaceutiques ou chimiques, les cรฉramiques, etc.
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE. GENERALITES SUR LE CHROME ET LA CHROMITE ET CADRE GENERAL DE LA ZONE DโETUDE
Chapitre I. GENERALITES SUR LE CHROME
I.1 HISTORIQUE
I.2 PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES
I.2.1 Propriรฉtรฉs physiques
I.2.2 Propriรฉtรฉs chimiques
I.3 GEOCHIMIE
I.3.1 Rรฉpartition du chrome dans les roches
I.3.2 Cycle du chrome
I.4 MARCHE INDUSTRIEL DU CHROME
I.4.1 La mรฉtallurgie
I.4.2 Lโindustrie 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 associรฉs aux complexes stratiformes
II.3.2 Gisements de type Alpin
II.3.3 Gisements de chromite dรฉtritique
II.4 PRODUCTION ET CONSOMMATION MONDIALE
Chapitre III. CADRE GENERAL DE LA ZONE DโETUDE
III.1 LES CHROMITES DE MADAGASCAR
III.1.1 Historique
III.1.2 Gรฉologie du prรฉcambrien de Madagascar
III.1.3 Cadre gรฉologique des minรฉralisations chromifรจres de Madagascar
III.2 LES CHROMITITES DโANTANIMBARY-MAEVATANANA
III.2.1 Cadre gรฉographique
III.2.1.1 Localisation
III.2.1.2 Orographie
III.2.1.3 Pรฉdologie
III.2.1.4 Hydrographie
III.2.1.5 Climat
III.2.1.6 Vรฉgรฉtation
III.2.2 Cadre administratif et socio-รฉconomique
III.2.3 Contexte gรฉologique
III.2.3.1 Domaine dโAntananarivo
III.2.3.2 La nappe de Tsaratanร na
III.2.3.3 La sรฉrie de Maevatanร na
III.2.4 Description des lentilles de chromitites dโAntanimbary
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 รฉlectronique
IV.1.2.1 Description et fonctionnement de la microsonde รฉlectronique
IV.1.2.2 Paramรจtres de fonctionnement de la microsonde JXA-8100/8200 JEOL
IV.1.2.3 Rรฉsultats des analyses par la microsonde รฉlectronique
IV.2 TRAITEMENT DE MINERAI
IV.2.1 Dรฉfinitions et principe
IV.2.2 Prรฉparation mรฉcanique du minerai
IV.2.2.1 Fragmentation
IV.2.2.1.1 Dรฉfinitions
IV.2.2.1.2 Objectifs
IV.2.2.1.3 Prรฉparation mรฉcanique des รฉchantillons de chromitites dโAntanimbary
IV.2. 2.2 Analyse granulomรฉtrique
IV.2.2.2.1 Dรฉfinition et objectif de lโanalyse granulomรฉtrique
IV.2.2.2.2 Principe
IV.2.2.2.3 Mรฉthodes de calcul
IV.2.2.2.4 Tamisage des รฉchantillons de chromitites dโAntanimbary
IV.2.2.2.5 Tracรฉ de la courbe granulomรฉtrique
IV.2. 3 Diffรฉrents procรฉdรฉs de valorisation de minerai
IV.2. 3.1 Concentration gravimรฉtrique
IV.2. 3.2 Sรฉparation magnรฉtique
IV.2. 3.3 Flottation
IV.2.3.4 Critรจres de choix de la mรฉthode par sรฉparation magnรฉtique
IV.3 LA SEPARATION MAGNETIQUE
IV.3. 1 Principe s physiques de la sรฉparation magne tique
IV.3. 1.1 Propriรฉtรฉs magnรฉtiques de la matiรจre
IV.3.1.1.1 Lois magnรฉtiques
IV.3.1.1.2 Classification des corps
IV.3.1.1.3 Exprรฉssion de la force magnรฉtique
IV.3.1.2 Bases thรฉoriques de la sรฉparation magnรฉtique
IV.3.1.3 Systรจmes magnรฉtiques et classification des sรฉparateurs
IV.3.1.3.1 Sources de champs magnรฉtiques
IV.3.1.3.2 Classification des sรฉparateurs
IV.3.2 Technologies des sรฉparateurs magnรฉtiques
IV.3.2.1 Sรฉparateurs magnรฉtiques ร basse intensitรฉ (SMBI)
IV.3.2.1.1 Sรฉparateurs en voie sรจche
IV.3.2.1.2 Sรฉparateurs en voie humide
IV.3.2.2 Sรฉparateurs magnรฉtiques ร haute intensitรฉ (SMHI)
IV.3.2.2.1 sรฉparateurs ร circuits conventionnels (รฉlectroaimants)
IV.3.2.2.2 Sรฉparateurs ร aimants permanents en cรฉramique
IV.3.2.3 Sรฉparateurs magnรฉtiques ร haut gradient de champ (SMHG) et/ou ร haut champ
IV.3.3 criteres de choix des appareils
Chapitre V. ESSAIS EXPERIMENTAUX
V.1. DESCRIPTION DE LโAPPAREIL DE SEPARATION MAGNETIQUE ET PARAMETRES DE SEPARATION
V.1.1 Description de lโappareil
V.1.2 Fonctionnement de lโ appareil
V.1.3 Paramรจtres de sรฉparation magnรฉtique ร haute intensitรฉ par voie sรจche
V.2 PREPARATION DU MINERAI COMPOSITE
V.3 ESSAIS DE VALORISATION PAR LA SEPARATION MAGNETIQUE A HAUTE INTENSITE PAR VOIE SECHE DE LA CHROMITE DโANTANIMBARY
V.3.1 Essai prรฉ liminaire
V.3.2 Deuxiรจme essai
V.3.3 Troisiรจme essai
V.3.4 Quatriรจme essai
V.3.5 Cinquiรจme 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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