Pierre BLAZY

L'antimoine est un métal cristallin de faible conductivité thermique et électrique. Ses principales espèces minérales sont la stibine (Sb2S3) et les sulfoantimoniures. La stibine est le minéral le plus exploité, mais l'antimoine est aussi un sous-produit de la métallurgie du plomb, du cuivre et des métaux précieux. Cet article rappelle d'abord les propriétés physiques et chimiques de l'antimoine, sa géochimie, sa minéralogie et sa gîtologie. Il traite ensuite des méthodes de minéralurgie et de métallurgie extractive de l'antimoine, avant de s'intéresser à sa toxicologie, ses substituts, son recyclage et ses usages, lesquels concernent principalement la fabrication de retardateurs de flamme, de batteries électriques et de produits chimiques.

Le chrome est produit exclusivement à partir d’un minéral, la chromite. Les réserves mondiales et la production de chromite proviennent d’intrusions ultramafiques litées ou de péridotites podiformes de type alpin. La métallurgie extractive du chrome est conditionnée par la réfractarité de la chromite et celle du chrome métal. Cet article rappelle d’abord les propriétés physiques et chimiques du métal, sa gîtologie, la préparation des minerais de chromite et les traitements métallurgiques des concentrés miniers. Il aborde ensuite les usages du chrome, dont 85 à 90 % concernent la fabrication d’aciers inox et de superalliages, et ceux de la chromite, principalement destinée à la production de ferrochrome. Il traite enfin de la toxicologie, des substituts et du recyclage du chrome.

Du fait de leur complexité chimique et minéralogique et de leurs teneurs en vanadium relativement faibles, les matériaux vanadifères, principalement des magnétites, ne sont pas exploités en priorité pour le vanadium qu'ils contiennent mais pour d'autres métaux. La métallurgie extractive du vanadium, objet du présent article, est donc tributaire, techniquement et économiquement, de celle des métaux dont le vanadium constitue ainsi un co- ou un sous-produit. Les méthodes d'extraction du vanadium mettent en jeu des procédés pyro- et hydro-métallurgiques. Elles conduisent à l'obtention de vanadium sous forme de composés, notamment le pentoxyde de vanadium, produit intermédiaire utilisé pour la fabrication de ferro-alliages et d'alliages non ferreux. Le vanadium pur est obtenu par raffinage du pentoxyde ou de sels de vanadium, pour une utilisation en chimie et en céramique.

Le bismuth est un métal lourd, non toxique. Il n'existe pas d'opération industrielle dédiée à sa production. En effet, le bismuth, dans sa majeure partie, est un sous-produit du raffinage du plomb, de la valorisation des porphyres à cuivre et or, du raffinage de l'étain, de l'exploitation minière du tungstène. La Chine, premier producteur mondial, le récupère par flottation à partir des minerais de wolframite. Pour plus de 45 % de sa production mondiale, le bismuth est utilisé comme additif dans la fabrication des alliages ; en galvanisation 30 % environ de cette production sont destinés aux alliages fusibles, aux soudures et aux munitions, en remplacement du plomb ; les 25% restants sont consommés par les industries pharmaceutique et chimique.

Le scandium, largement dispersé dans la lithosphère, a été produit à l'origine à partir de la thortveitite et, comme sous-produit, à partir de solutions de lixiviation de minerais d'uranium. Il peut aussi être extrait de rejets miniers et de résidus métallurgiques. Les principaux usages du scandium sont les équipements sportifs, les alliages à haute résistance, les lampes à halogène, l'électronique et les lasers. Dans ses applications spécifiques, le scandium n'est pas sujet à des substitutions.

Le magnésium est un métal léger, résistant et très réactif. On le trouve dans la nature, principalement à l’état de carbonate, tels que la magnésite et la dolomite, et de sels solubles. Son oxyde, la magnésie, est la forme la plus commune utilisée. Les usages du magnésium métal sont le moulage, les alliages base-aluminium et la désulfuration de la fonte et de l’acier. La magnésie est principalement utilisée dans les réfractaires, dans les engrais et en chimie.

Le molybdène est un métal réfractaire utilisé principalement dans les alliages et les aciers inoxydables. Il est essentiellement issu de la molybdénite (MoS2), présente généralement dans les gisements de porphyres de molybdène ou de cuivre. La molybdénite est flottée pour produire des concentrés de MoS2, qui sont purifiés ou convertis en trioxyde MoO3 par grillage, selon les utilisations industrielles. Le molybdène métal est obtenu à partir de MoO3 pur ou d'un molybdate d'ammonium.

Le lithium a été découvert en 1817 par Johann August Arfvedson dans un silicate d’aluminium naturel, la pétalite. De par sa très grande réactivité chimique, cet élément n’existe pas dans le milieu naturel sous forme métallique mais dans des composés. Il est extrait de minéraux de type pegmatite, d’argiles ou de saumures. Ce sont ces dernières, notamment aux États-Unis et en Amérique du Sud, qui contribuent actuellement à la majorité de la production mondiale. Les applications du lithium sont multiples, métallurgie, chimie, nucléaire. Des quantités croissantes sont à prévoir dans un proche avenir dans le secteur des batteries, sa légèreté et ses propriétés de réduction garantissant de fortes densités d’énergie massique et volumique.

Métal amphotère, le gallium est un élément aux propriétés semblables à celles de l’aluminium, récupéré essentiellement par hydrométallurgie. La source de gallium la plus abondante est représentée par les bauxites. En sont extraites des liqueurs Bayer possédant des concentrations en gallium pouvant atteindre 200 mg/L. La deuxième source provient des résidus de zinc électrolytique. La troisième source est constituée par les cendres volantes produites par la combustion du charbon et comme sous-produit de l’alumine. Le marché du gallium est étroitement lié à la demande dans le secteur de l’optoélectronique qui utilise comme substrats l’arséniure et le nitrure de gallium. Plus récemment, le gallium a été retenu dans le domaine médical pour le traitement du cancer et des maladies d’Alzheimer.

La sédimentation permet de séparer des particules supérieures à la centaine de micromètres. Par contre, la séparation de fines particules inférieures à cette taille doit faire appel à la force centrifuge. Les hydrocyclones sont des appareils statiques de forme cylindroconique ou cylindrique, dans lesquels la pulpe minérale est injectée tangentiellement sous pression. Les éléments de la pulpe subissent ainsi une centrifugation. Les particules grossières se déplacent vers la paroi du cyclone et les particules fines restent dans la zone centrale de l'appareil. Les coupures granulométriques usuelles sont comprises entre quelques centaines et quelques dizaines de microns.

Les opérations unitaires mises en oeuvre dans les techniques séparatives sont le plus souvent précédées ou couplées avec des phases de classement en divers lots de granulométries différentes. En effet, les appareils de concentration gravimétrique ne donnent de bons rendements que sur des matériaux ayant des intervalles granulométriques bien définis. Ils sont donc conduits à opérer un lavage préalable. Est désigné sous le nom de classification hydraulique en dimensions l'ensemble des procédés permettant de séparer les particules solides d'une suspension en milieu liquide, en deux ou plusieurs fractions de granularités différentes par la seule action d'un champ d'accélération ou centrifuge.

Utilisé très longtemps comme semi-conducteur intrinsèque, le germanium est devenu aujourd’hui un métal stratégique. En effet, il est utilisé maintenant comme composant des fibres optiques, catalyseur de polymérisation, élément en optique infrarouge et en électronique, et dans de nombreuses autres applications, comme la dentisterie, l’analyse spectrale ou la photographie. Sous-produit des minerais de zinc, ou de cuivre et de zinc, il est également extrait de certains charbons et possède de nombreux isotopes naturels. Non toxique, il ne présente aucun danger pour l’environnement.

Les sélecteurs pneumatiques classent les particules dispersées dans un milieu gazeux selon leur vitesse de chute dans un gaz porteur. Les principaux paramètres qui affectent cette classification dépendent du matériau (sa densité, les dimensions et l’humidité des particules) et de l'appareil (son débit gazeux, sa limite de séparation). Les sélecteurs pneumatiques sont de deux types : les chambres de sélection statiques et les appareils utilisant la force centrifuge. Ils trouvent leurs applications dans le traitement des matières minérales, poudres métalliques, abrasifs, ciment.

Cet article tente d’apporter une réponse industrielle aux opérations unitaires de criblage et à l'emploi des appareils qui leur sont spécifiques. Le nombre de plus en plus important de modèles de cribles entraîne une augmentation de la taille et surtout de la largeur des cribles. Faire le bon choix n'est pas une chose aisée, d’autant plus que l’opération de criblage inclut de nos jours plusieurs fonctions. Quels critères de choix retenir au regard des contraintes d’utilisation ? Et ensuite, comment effectuer le calcul d’un crible ? La situation concrète de la préparation mécanique des minerais a été choisie afin de mieux illustrer la démarche de conception d’une opération de criblage.

Le criblage et le tamisage sont des opérations unitaires qui ont pour but de séparer une population de fragments de matière suivant leur dimension. Théoriquement, le terme tamisage est réservé à des séparations fines au-dessous du millimètre et le terme criblage à des séparations grossières, mais usuellement, le terme criblage recouvre les deux types de séparation. Les particules pouvant subir un criblage ou un tamisage peuvent être d'origine minérale, végétale, naturelle ou artificielle. Le but du criblage peut être très différent : séparation des plus gros fragments, inversement élimination des fractions les plus fines, amélioration de l’efficacité d’un procédé. Cet article décrit les principaux appareils et les différentes techniques de criblage existants à ce jour.

Sous-produit des métallurgies du zinc, du plomb, du cuivre et de l'étain, l'indium est un métal malléable assez proche de l'argent. Son économie est associée à ses principales applications dans l'industrie électronique, sous couvert de l’équilibre de l'offre et de la demande. Cet article est consacré à cet élément, et débute par les techniques de production et de raffinage, essentiellement hydrométallurgiques, mais aussi les procédés de récupération de l’indium. Quelques procédés industriels de la métallurgie extractive de l’indium sont sommairement décrits. La teneur marchande en indium est atteinte par des opérations combinées de lixiviation, cémentation et électroraffinage.

Dans la nature à l'état d'iodure et d'iodate, l'iode est un halogène solide à température ordinaire. Utilisé en médecine, dans l'industrie pharmaceutique et alimentaire, cet élément est un solide mou, luisant, de couleur grise à pourpre noir, aisément fusible et sublimable. Les saumures naturelles des gisements de gaz et de pétroles recèlent des concentrations en iode de l'ordre de 130 ppm au Japon et 1 300 ppm aux États-Unis ; il est récupéré par soufflage d'air ou par séparation sur résines. Les algues brunes peuvent en contenir jusqu'à 4 500 ppm après séchage. Et l'iode est également un coproduit des nitrates du Chili et des phosphates de Chine. Pour les minerais de phosphates, l'iode est volatilisé lors de la calcination et il est récupéré par absorption dans une solution sodique.

La fragmentation des minerais métalliques regroupe les opérations de concassage et de broyage. Elles ont pour objectif de libérer les espèces minérales constitutives du matériau polycristallin, afin d’effectuer des séparations visant à obtenir un concentré marchand, un métal ou un composé métallique. La fragmentation est une opération si coûteuse en investissement, en énergie et en maintenance, que ces postes peuvent conditionner le choix et l’assemblage des appareils et/ou mettre en cause la pertinence même de la mise en œuvre.

La fragmentation des minéraux industriels et de matériaux non minéraux, ou de matériaux composites en vue du recyclage consiste à réduite la matière première en une poudre, possédant des caractéristiques spécifiques lié à son emploi dans l’industrie. Pour obtenir une matière très divisée, le broyage doit être poussé et combiné avec la classification. Ainsi, la principale exigence qui concerne les appareils de fragmentation est la robustesse, alors que leur précision prévaut chez les utilisateurs de poudre ou des produits élaborés.

L’opération de fragmentation répond à chaque fois à une utilisation industrielle spécifique, d’où la multiplicité des technologies, en fonction des critères attendus de production, de rendement et de qualité. De l’appareil qui casse la matière rocheuse en bloc, à celui qui déchiquette des métaux ou broie une poudre, il existe au final peu de points techniques en commun. Cet article expose un ensemble assez large de technologies classiques, de la fragmentation grossière, à la fine, en passant par l’ultrafine à sec, et l’ultrafine en milieu humide.

Métal précieux, mais aussi industriel, l’argent présente une grande conductivité électronique et thermique, et un pouvoir réflecteur élevé. La méthode métallurgique d’extraction de l’argent dépend du métal avec lequel il est associé ; hydrométallurgie basée sur la solubilisation par le cyanure pour l’or, pyrométallurgie pour les concentrés de plomb, pyro-hydrométallurgie pour ceux du cuivre, hydrométallurgie pour ceux du zinc. Les coûts de production varient grandement en fonction du pays et de l’exploitation à l’autre. La production minière d’argent couvre plus des 2/3 de la demande. Même si la récupération de l’argent à partir des déchets solides reste complexe, le taux de recyclage de ce métal atteint néanmoins 20 %.

L’or est extrait des mines sous forme métallique soit pur, soit sous forme d’alliages, généralement avec l’argent et le tellure. Le minerai d’or est la plupart du temps difficilement lixiviable et, à part le cyanure, les quelques lixiviants existants ne peuvent être utilisés industriellement. Les différents types de gisement sont nombreux et présentent des caractéristiques très variées, pour cette raison, leur classement n’est pas aisé. De plus, la métallogénie de l’or est complexe et impose des modes particuliers d’exploitation selon la morphologie des gisements.

La métallurgie de l’or est conduite généralement en deux étapes, sa mise en solution et son extraction à partir de solutions aurifères, puis le raffinage du métal. Au préalable, des opérations de séparations de phases visent à éliminer les phases minéralogiques gênantes. Le procédé de mise en solution s’effectue le plus fréquemment par cyanuration, et l’extraction par cémentation ou adsorption sur charbon actif. En théorie, la détoxication des effluents et des stériles, et éventuellement la destruction des cyanures, sont conduites sous contrôle strict, des méthodes éprouvées existent et ne demandent qu’à être suivies.

La fragmentation est l’opération par laquelle on cherche à réduire la taille et/ou à augmenter la surface spécifique de particules solides. Ce phénomène résulte de l’action d’un champ de contraintes engendré par des forces de contact (compression, cisaillement, torsion, flexion, attrition, plus rarement traction). Son efficacité est toujours évaluée par une mesure de l’accroissement de la finesse. La fragmentation cherche à satisfaire des exigences en vue d’une utilisation précise, comme la réduction des dimensions, l’homogénéisation de mélanges ou l’attribution de spécifications de texture. Parfois, il en découlera d’autres effets pénalisants.

La plus grande partie de la production de la production mondiale de l’or, ce métal rare, est extraite des mines. Les minerais aurifères n’en contiennent que de faibles quantités, pur ou allié le plus souvent à l’argent ou le tellure. La plupart du temps, le minerai n’est pas lixiviable, ce qui rend la métallurgie extractive de l’or assez complexe. L’or est le plus malléable et ductile des métaux, il présente une grande conductivité électrique et thermique, et une faible activité chimique. Malgré sa rareté, l’or est de plus en plus utilisé dans des applications industrielles, mais aussi dans le domaine de l’art.

Cet article est entièrement consacré au béryllium, ses gisements, sa métallurgie extractive, son exploitation et sa fabrication. Utilisé sous forme d’alliage, d’oxyde ou de métal, le béryllium possède des propriétés physiques et chimiques très intéressantes, notamment sa forte résistivité électrique et sa grande conductivité thermique, mais il présente toutefois un prix élevé. Il faut relever que seuls deux minéraux sont produits industriellement, la bertrandite exploité aux Etats-Unis, et le béryl exploité dans le reste du monde.

Le procédé de concentration gravimétrique est largement employé en minéralurgie. Cet article présente successivement la modélisation du sluice, du séparateur à milieu dense, du jig et de la spirale, principaux appareils gravimétriques. Le but de la modélisation est de permettre la prédiction des possibilités de partage d’un séparateur pour des tonnages, des caractéristiques de minerai et des paramètres fonctionnels variables. Chaque équipement possède des conditions d’emploi spécifiques, le choix dépendra également du but recherché, relavage ou récupération.

Cet article est consacré aux différentes technologies utilisées en gravimétrie, technique très présente en minéralurgie. Adaptés aux petites installations, aux unités mobiles, mais également au traitement de grands tonnages, ces procédés utilisent le même principe, mais avec quelques variantes. Citons la concentration par accélération différentielle ou la concentration gravimétrique en voie sèche, sans oublier celle appliquée au traitement des fines particules.

La concentration gravimétrique est la méthode qui, avec le tri manuel, a la plus ancienne histoire industrielle. Détrônée par la suite par l’apparition des méthodes faisant intervenir les propriétés physicochimiques (la flottation) puis les propriétés chimiques (l’hydrométallurgie), elle connaît pourtant une renaissance grâce à ses multiples possibilités (traitement des granulométries grossières, aucun emploi de réactifs polluants…). Ce sont les différents mouvements des particules dans un fluide provoqués par la gravité et d’autres forces qui rendent possible ce phénomène de concentration. Les limites de ce procédé sont essentiellement imposées par la nature minéralogique et/ou granulométrique des minerais.

Métal réfractaire, le rhénium intéresse les domaines de la chimie, de la métallurgie, de l’industrie pétrolière avec la catalyse. Ces dernières années, essentiellement utilisé dans la filière aéronautique, il attribue aux superalliages une grande résistance aux températures élevées et à la corrosion. Sa production est liée à celle de la molybdénite, et reste régulièrement inférieure à la demande, peu de pays étant producteur. Par contre, son recyclage est quasi-total.

Cet article présente des exemples de gisements de platinoïdes. Pour chacun de ces gisements, les procédés industriels utilisés changent en fonction de la composition initiale du minerai et de la teneur en platinoïde. Puis le problème du recyclage est abordé, avec toute la complexité liée à la grande variété des usages des platinoïdes. Enfin l'article examine les risques sanitaires, environnementaux et toxiques liés à l'extraction et à l'utilisation des platinoïdes. 

Le platine n'est utilisé dans l'industrie que depuis 150 ans, mais grâce à ses propriétés physico-chimiques spécifiques, il est maintenant incontournable dans de nombreux secteurs. Après avoir abordé les propriétés et les usages des platinoïdes, cet article décrit les grands gisements de platinoïdes, et les procédés industriels associés en hydrométallurgie et pyrométallurgie. Puis les procédés de séparation des platinoïdes  et de purification des métaux séparés sont abordés.