Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
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.
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Bismuth is a heavy, non-toxic metal. There is no industrial operation dedicated to its production. Indeed, bismuth, is essentially a by-product of lead refining, recovery of copper and gold porphyry, tin refining and tungsten mining. China, the largest producer, recovers it by flotation from wolframite ores. More than 45% of the global production of bismuth is used as an additive in the manufacture of alloys; in galvanization, about 30% of this production is intended for fusible alloys, welds and ammunition, and as a lead substitute. The remaining 25% is used by pharmaceutical and chemical industries.
Auteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur honoraire, - Ancien directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG) - Consultant - Station d’expérimentation et de valorisation des minerais et métaux (STÉVAL), ENSG, Vandœuvre-lès-Nancy, France
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Virginie HERMANT : Agrégée de l’Université - Professeur (Éducation nationale et formation professionnelle) - En collaboration avec STÉVAL (ENSG), Vandœuvre-lès-Nancy, France
INTRODUCTION
Le bismuth, dont la concentration dans l’écorce terrestre est d’environ 0,2 g/tonne, est le plus souvent associé à d’autres éléments : sa métallurgie extractive doit donc être adaptée à des matériaux complexes.
Les formes minéralogiques du bismuth les plus fréquentes sont le bismuth natif, la bismuthinite, et divers sulfures complexes de cuivre et de plomb. Le bismuth est en outre souvent présent dans les sulfo-antimoniures et les sulfo-arséniures de cuivre.
La plupart des gisements sont d’origine hydrothermale, mais le bismuth se trouve aussi dans certains porphyres à or, où il est associé au cuivre et au molybdène.
Les réserves mondiales sont de l’ordre de 56 000 tonnes, les ressources d’environ 350 000 tonnes, et la production annuelle de 8 000 à 9 000 tonnes. Production et ressources sont détenues par cinq producteurs principaux (Bolivie, Canada, Chine, Mexique et Pérou) ; la Chine arrive en tête à la fois pour ses ressources (240 000 tonnes) et pour sa production minière (6 000 tonnes/an).
La métallurgie extractive du bismuth est réalisée, ou bien sur des concentrés miniers wolframifères et bismuthifères, ou bien sur les métaux bruts issus des métallurgies primaires du plomb, du cuivre ou de l'étain. Dans le premier cas, le bismuth se présente sous forme de sulfures ou d'oxydes simples, sous forme de sulfures complexes, ou sous forme d'impuretés. Dans le second, il est récupéré comme co-produit du plomb ou comme sous-produit du cuivre ou de l’étain.
La métallurgie du plomb produit 90 % du bismuth consommé dans le monde : le débismuthage du plomb intervient à la fin des opérations de raffinage du plomb d’œuvre. La production du bismuth à partir des métallurgies de l'étain et du cuivre est très inférieure. La métallurgie de l’étain fournit un étain brut duquel le bismuth est extrait par scorification ; une autre voie est le traitement hydro-métallurgique à chaud des concentrés de cassitérite par de l’acide chlorhydrique. La métallurgie du cuivre produit un cuivre brut raffiné par électrolyse : le bismuth se retrouve à la fois dans la solution d’électrolyse et dans les boues anodiques ; elle génère aussi des poussières et des solutions de lixiviation dont on peut extraire le bismuth par voie hydro-métallurgique.
Le raffinage du bismuth brut s’effectue par voie thermique ou par voie électrolytique ; on atteint des teneurs supérieures à 99 % Bi.
Les usages du bismuth se répartissent de la façon suivante : 57,2 % pour la chimie et la pharmacie, 26,4 % pour la composition d’alliages, 8,8 % pour les additifs métallurgiques et 7,6 % pour des usages divers.
Son recyclage est envisageable uniquement à partir de scraps d’alliages, les autres usages étant trop dispersifs.
Des substituts du bismuth ont été étudiés, notamment en pharmacie et pour la réalisation d’alliages de systèmes de sécurité.
La pollution de l’environnement par le bismuth résulte de son emploi dans les fongicides et dans les engrais ; elle est cependant négligeable. Pour l’homme, le bismuth est considéré comme le moins toxique des métaux lourds, mais il peut provoquer des irritations par inhalation et des intoxications par ingestion.
Aux XVe et XVIe siècles, le bismuth, considéré comme une variété de plomb, est appelé tout d'abord « bismutum » par Basile Valentin, puis « wismut » par Paracelse.
Au XVIIIe siècle, il est découvert et caractérisé par Claude-François Geoffroy (1728-1753).
En 1830, débute en Saxe la première production de bismuth.
Dès le début du XXe siècle, est effectué industriellement le débismuthage du plomb doux.
De 1930 à 1950, sont mises au point de nombreuses nuances d’alliage utilisant le bismuth.
En 1953, la consommation de bismuth pour la pharmacie atteint, en France, 150 tonnes/an.
Elle retombera à 10 tonnes/an dès 1979, à la suite de l’interdiction de son utilisation par le ministère de la Santé.
À partir de 1980, le bismuth, pour ses propriétés de retardateur de flamme, est utilisé de façon accrue dans la composition des plastiques. Il est également employé pour la fabrication de munitions, en substitution du plomb.
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MOTS-CLÉS
porphyre raffinage du plomb étain tungstène wolframite fusibles bismuth alliages galvanisation
KEYWORDS
porphyry | lead refining | tin | tungsten | wolframite | fusibles | bismuth | alloys | galvanizing
DOI (Digital Object Identifier)
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Recyclage
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8. Usages du bismuth
Les principaux secteurs d’utilisation du bismuth concernent les additifs métallurgiques, les alliages et la chimie, et se répartissent ainsi :
-
additifs métallurgiques : 8,8 % ;
-
alliages : 26,4 % ;
-
chimie (dont pharmacie) : 57,2 % ;
-
autres : 7,6 %.
8.1 Additifs métallurgiques
Pour certains emplois spécifiques des aciers, des fontes et des métaux ou alliages non ferreux, on leur incorpore du bismuth, seul ou sous forme de composés, à raison de quelques dixièmes de pourcents.
-
Production d’aciers à coupe rapide :
Le bismuth augmente la vitesse de coupe et améliore l’évacuation de la chaleur. Pour les aciers utilisés pour l’usinage à froid, on le préfère à d’autres additifs (Pb, Te) car, son point de fusion étant peu élevé (271 °C), il agit comme lubrifiant. Les quantités d’additif sont limitées à 0,1-0,2 % Bi pour éviter la formation de composés toxiques.
-
Élaboration de fontes malléables :
Une addition de 0,004 à 0,2 % Bi permet de stabiliser les carbures et d’éviter ainsi la formation de graphite lamellaire qui induirait un comportement fragile de la fonte.
-
Usinage de métaux et d’alliages non ferreux :
L’addition de l’alliage Bi-Pb favorise l’usinage de l’aluminium et de ses alliages. Un ajout de 0,2 à 0,4 % Bi aux alliages Al-Mg évite la formation de craquelures lors de leur laminage et favorise leur résistance à la corrosion.
-
Galvanisation à chaud de l’acier :
Ajouté au zinc fondu, le bismuth augmente sa fluidité et assure un bon mouillage de l’acier. L’épaisseur du revêtement est ainsi inférieur à celui que l’on obtiendrait avec du plomb comme additif. On évite en outre des accumulations de zinc sur les bords, dans les coins et les angles du revêtement. Enfin, contrairement à l’alliage Pb-Zn, l’alliage...
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Usages du bismuth
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LI (Q.), SHAO (M.), WU (J.), YU (G.), QIAN (Y.) - Synthesis of nano fibrillar bismuth sulphide by a surfactant - Inorganic Chemistry Communications, 5 (11), p. 933-936 (2002).
-
(2) - POHL (W.L.) - Bismuth. Metalliferous Ore Deposits, part I - In Economic Geology, p. 259 (2011).
-
(3) - JEBRAK (M.), MARCOUX (É.) - Géologie des ressources minérales - Éd. Ressources naturelles et Faune, Québec, ch. 4, p. 34 (2002).
-
(4) - BLAZY (P.), JDID (E.A.) - Métallurgie du plomb. Procédés classiques et ressources primaires - Techniques de l’Ingénieur, [M 2 264] pp. 12 (2011).
-
(5) - YANG (J.G.) - The solvent extraction separation of bismuth and molybdenum from a low grade bismuth glance flotation concentrate - Hydrometallurgy, 96, p. 342-348 (2009).
-
(6) - WU (W.) - Beneficiation...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Le tableau indique l’évolution des prix du bismuth entre 2004 et 2011.
Il est constaté des fluctuations importantes des cours pendant la période considérée. Celles-ci sont dues aux deux événements suivants, liés entre eux :
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en septembre 2006, le gouvernement chinois a décidé de cesser les exportations, d'où un doublement des prix en 2007, avec des pointes parfois spectaculaires : en juin 2007, le prix du bismuth atteignait 19,0 $/lb ;
-
la diminution de la consommation mondiale qui en a découlé a été aggravée par les effets de la crise économique en 2009 : il a fallu attendre 2011 pour enregistrer une nette reprise.
1.2 2. Production et consommation mondiale
La production mondiale de bismuth raffiné figure dans le tableau et celle de la consommation mondiale dans le tableau .
En 2008, la production minière de bismuth était de de 5 800 tonnes [7] et la production de bismuth raffiné de 12 500 tonnes. Près de 55 % du bismuth consommé a probablement été assuré par des déstockages et par le bismuth secondaire.
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