Bibliographie & annexes
Présentation
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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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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
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Extraction du bismuth à partir d’un concentré minier oxydé
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5. Extraction du bismuth à partir de concentrés miniers sulfurés
Ces concentrés miniers sulfurés sont des concentrés de sulfures bismuthifères, associés ou non à d’autres sulfures. Ils sont préparés par des opérations minéralurgiques basées sur la gravité ou sur la flottation, ou par la mise en œuvre, successivement, des deux techniques. Chaque minerai constitue un cas particulier auquel on adapte, comme c’est le cas pour le traitement du minerai de Xihuashan (cf. § 5.2), les techniques classiques de séparation minérale :
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élimination des minéraux des gangues, les plus fréquents étant le quartz, les carbonates, les silicates et divers sels comme la fluorine et la barytine, ces deux derniers pouvant faire l’objet d’une valorisation ultérieure ;
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puis séparation par flottation et traitement magnétique, les minéraux ayant une valeur économique.
5.1 Méthodes d’extraction
Il existe deux types principaux de concentrés miniers sur lesquels sont appliquées les opérations métallurgiques d’extraction du bismuth.
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Concentré de bismuth natif et de bismuthinite
La méthode la plus simple et la plus fréquemment utilisée consiste à griller le concentré pour en éliminer totalement le soufre, une réduction au charbon de l’oxyde obtenu permettant ensuite d’obtenir le bismuth métal.
Une autre méthode consiste à éliminer partiellement le soufre, par une fusion pour matte des sulfures. Cette méthode est adoptée lorsque la bismuthinite est associée à de l’arséno-pyrite et à de la stibine. Le concentré est d’abord mélangé à un fondant à base de soude et de Na2CO3, la composition du fondant étant adaptée à celle du concentré. Par réglage de la température de fusion, on sépare une phase bismuth et une phase Sb-As ; cette séparation entraîne toutefois une faible perte en bismuth dans la phase Sb-As. La phase bismuth, qui titre environ 8 % Bi, est ensuite traitée par les procédés Betts ou Betterton-Kroll (cf. § ...
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Extraction du bismuth à partir de concentrés miniers sulfurés
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 1 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 ;
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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 2 et celle de la consommation mondiale dans le tableau 3.
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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