20030703-F-Pereira

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REMERCIEMENTS Cette étude, menée dans le cadre d’un accord franco-brésilien en partenariat avec le CETEM (Rio de Janeiro, Brésil) et Grande Paroisse, a été financée par le Ministère des Affaires étrangères et s’est déroulée à l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne. Ce travail n’a pu être mené à terme sans la collaboration, le soutien, les critiques et les suggestions de toutes les personnes y ayant participé. Ma gratitude et mon respect vont tout d’abord à Mr. E. Bilal, qui m’a accueilli au sein du laboratoire de géochimie. Ses suggestions, ses critiques, nos accords et désaccords ont énormément enrichi ce travail. C’est surtout dans les moments difficiles (dont un très, très difficile) qu’il m’a apporté son soutien sans faille. Je lui témoigne ma profonde amitié.

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Mr. J.J. Gruffat m’a amicalement aidé et soutenu tout au long de ce travail ; par ses conseils, il a largement contribué à la naissance des idées ici exposées. Je remercie Mr. L. Navascues et Mr. P. Gry de Grande Paroisse pour leur soutien constant et pour tous les conseils prodigués lors de nos diverses réunions de travail. Une partie de la réalisation de ce travail s’est déroulée au Brésil, en particulier au Centre de Technologie Minérale de Rio de Janeiro. Je remercie tout particulièrement Mr. A. Alcover Neto, qui a facilité le bon déroulement de ce travail et m’a constamment aidé et conseillé au laboratoire. Je remercie les membres du jury qui ont accepté de lire ce mémoire et me font l’honneur de le juger : • Mr. J.M. Lopez-Cuesta de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines d’Alès. • Mr. P. Gaudon de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines d’Alès. • Mr. A.H. Horn de l’Université Fédérale de Minas Gerais (Brésil). Que cette page me permette aussi de remercier Mr. F. Gallice pour les analyses de fluorescence X et d’ICP/AES, Mr. J.P. Poyet pour les analyses de chromatographie ionique, Mr. O. Valfort pour les analyses de diffraction de rayons X et Mr. P. Jouffrey pour son aide précieuse lors des séances de microscopie électronique à balayage. Je n’oublie pas de remercier tous les membres du laboratoire de géologie pour leur soutien moral lors de l’accomplissement de cette étude. J’ai une pensée toute particulière pour deux personnes ayant fourni à mes cotés un travail très fructueux : mes amis Mr. D. Grassi et Mlle. V. Bourgier. Je leur exprime toute ma reconnaissance et mon affection. Je ne saurai terminer sans associer à ce travail ma famille, mes parents et ma sœur pour l’intérêt qu’ils ont toujours apporté à ma formation et pour leur soutien moral.

SOMMAIRE INTRODUCTION _________________________________________________________èè7

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CHAPITRE I : Généralités __________________________________________________ 9 1/ Les phosphates ____________________________________________________ 9 10 2/ Historique __________________________________________________________ 3/ Minerais phosphatés ________________________________________________11 3.1/ Ressources naturelles ________________________________________ 11 12 3.2/ Caractéristiques chimiques et minéralogiques _______________________ 3.3/ Réserves __________________________________________________ 13 15 4/ Les applications _____________________________________________________ 4.1/ Les engrais _________________________________________________15 18 4.2/ Les applications techniques _____________________________________ 4.3/ Les applications alimentaires ___________________________________19 4.4/ Répartition des phosphates industriels ____________________________19 5/ Situation au Brésil ___________________________________________________ 20 5.1/ L’industrie des engrais au Brésil _______________________________ 20 22 5.2/ Caractéristiques chimiques et minéralogiques des minerais brésiliens ____ 5.3/ Réserves brésiliennes _________________________________________26 6/ Conclusion _______________________________________________________ 27 CHAPITRE II : Production d’acide phosphorique _______________________________31 31 1/ Fabrication industrielle ______________________________________________ 31 1.1/ Voie thermique _______________________________________________ 1.2/ Voie humide ________________________________________________32 1.2.1/ Voie sulfurique _______________________________________________________ 32 1.2.2/ Voie chlorhydrique ____________________________________________________ 40 1.2.3/ Voie nitrique _________________________________________________________ 42 2/ Effets de la concentration en acide (HCl ou HNO3) au cours de la lixiviation in in situ ___________________________________________________________________ 44 3/ Valorisation des minerais phosphatés ___________________________________ 49 49 3.1/ Evaluation chimique préliminaire ________________________________ 3.2/ Les terres rares _____________________________________________ 51 61 3.3/ Les radioéléments ____________________________________________ 3.3.1/ Uranium _____________________________________________________________62 64 3.3.2/ Radium _______________________________________________________________ 65 3.3.3/ Thorium ______________________________________________________________ 65 3.4/ Autres éléments ______________________________________________ 3.5/ Rejets _____________________________________________________66 4/ Conclusion ________________________________________________________71 CHAPITRE III : Processus de concentration du minerai et caractérisation des écha-ntillons initiaux ___________________________________________________________73 1/ Le complexe d’Angico dos Dias/Caracol (Brésil) ________________________ 73 73 1.1/ Situation 74 1.2/ Un ensemble magmatique précambrien 1

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2/ Caractérisation et concentration du minerai phosphaté d’Angico dos Dias/ Caracol (Brésil) ___________________________________________________________75 2.1/ Echantillonnage ___________________________________________ 75 2.2/ Préparation des échantillons __________________________________ 75 75 2.3/ Méthodologie _______________________________________________ 75 2.3.1/ Caractérisation minéralogique et technologique _______________________________ 2.3.2/ Diffraction de rayons X ________________________________________________ 76 76 2.3.3/ Microscopie électronique à balayage _______________________________________ 77 2.3.4/ Séparation magnétique __________________________________________________ 78 a/ Séparateur magnétique à disques ________________________________________ 78 b/ Séparateur à aimant permanent "terres rares" _____________________________ 2.4/ Résultats expérimentaux ______________________________________78 78 2.4.1/ Essais de caractérisation minéralogique et technologique ________________________ 81 2.4.2/ Analyses minéralogiques par diffraction de rayons X ___________________________ 82 2.4.3/ Observations au microscope électronique à balayage ___________________________ 91 2.4.4/ Essais de concentration magnétique ________________________________________ 3/ Caractérisation du concentré phosphaté d’Angico dos Dias/Caracol _______94 94 3.1/ Méthodologie _______________________________________________ 3.2/ Résultats expérimentaux ______________________________________95 95 3.2.1/ Essais de caractérisation minéralogique et technologique ________________________ 97 3.2.2/ Analyses minéralogiques par diffraction de rayons X __________________________ 98 3.2.3/ Observations au microscope électronique à balayage ___________________________ a/ fraction –65+100 de d5000 57 >5000

270

700

460 7

200 8

57 3500 900 200