Caractérisation physico-chimique et traitement du minerai de fer du gisement de Gara

IMPORTANCE DES MINERAIS DE FER DANS LE MONDE

GENERALITES SUR LES MINERAIS DE FER

Le fer est l’élément de transition le plus abondant, constituant 4.7 % en masse de la croûte terrestre. On ne le trouve pas sous l’état métallique à la surface terrestre. Par contre, on trouve les minerais principaux : Fe2O3 et Fe3O4. Dans l’industrie, l’extraction du fer consiste à séparer le fer de l’oxygène, et est réalisée selon un procédé utilisé dès la fin du XVIIIème siècle. Il est effectué à température élevée par un traitement de réduction par le carbone (ou coke) dans un haut fourneau. Le fer est recueilli à l’état liquide, formant en refroidissant la fonte. La fonte contient 4 à 5 % de carbone et en moindre quantité d’autres éléments : Si, Mn, P et S. La fonte est cassante, difficile à souder et peu résistante. Pour être utilisée, elle doit donc être transformée en acier.

TYPES DE MINERAIS DE FER

L’ancienneté de l’industrie sidérurgique, la variété des produits proposés et le pragmatisme qui présidait à la mise en œuvre d’une technique fort complexe expliquent une terminologie des substances ferrifères naturelles tout à la fois riche et généralement peu précis. Il est certain que les types de minerais les plus fréquemment rencontrés sont bien définis, souvent même on connaît le sens de variation de certains de leurs paramètres. Les espèces minéralogiques constituant la masse essentielle des minerais de fer sont peu nombreuses et assez différenciées du point de vue physique pour être aisément reconnues. Une classification pratique s’est donc naturellement mise en place, fondée sur l’espèce ferrifère dominante. Elle donne globalement une indication sur plusieurs caractéristiques du minerai : dureté, porosité, teneur en fer, teneur en produits volatils (Bubenicek. L et al, 2017). Hématite L’hématite figure I.1 est un oxyde de fer (Fe2O3) et se divise en deux familles. La première est l’hématite rouge ou fer oligiste qui est caractérisé par son eau de lavement de couleur sang, très tachante pour les vêtements. C’est le type de minerai le plus utilisé au niveau industriel et aussi le plus répandu dans le monde. 

Limonite

La limonite figure I. 2 est à la fois oxyde et hydroxyde de fer, elle a une couleur rouille ou jaune. Elle est abondante dans les minerais oolithiques. Les deux principaux minéraux dont fait partie la limonite est la goethite et la lépidocrocite. Notons que ce minerai n’est plus utilisé aujourd’hui dans les industries sidérurgiques car il contient du phosphore. Figure I. 2 Minerai de limonite jaune Goethite La goethite figure I.3 est un hydroxyde de fer (FeO OH) de couleur brune, jaunâtre ou noire. Elle fait parti de la famille de la limonite. On rencontre souvent la goethite associée à l’hématite, la goethite se transforme d’ailleurs en hématite si elle est chauffée. C’est pourquoi lorsque la quantité est suffisante ce minerai peut être exploité commercialement. Figure I. 3 Minerai de goethite Ilménite L’ilménite figure I. 4 est un oxyde de fer et de titane (FeTiO3) très répandu dans la région d’Havre St-Pierre, localité situé sur la Côte Nord Québécoise. Ce type de minerai est important pour l’extraction du titane. Sa poudre est de couleur noir et elle n’est pas magnétique contrairement à l’hématite et la magnétite. L’on retrouve deux types principaux d’ilménite, celle contenant du manganèse porte le nom de pyrophanite et celle contenant du magnésium geikelite. Figure I. 4 Minerai d’ilménite Magnétite La magnétite figure I. 5 est un oxyde de fer (Fe3O4). Ce type de minerai possède des propriétés magnétiques exceptionnelles et est abondant sur le pôle nord du globe terrestre. La magnétite est un très bon minerai de fer. Figure I.5 Minerai de magnétite Pyrite La pyrite figure I. 6 est un sulfure de fer (FeS2) communément appelé « or des fous » à cause de sa grande ressemblance avec l’or. On utilise la pyrite surtout pour en extraire la grande quantité de soufre qu’elle contient (53.5% de soufre et 46.5% de fer) et pour la production d’acide sulfurique. La pyrite demande d’être conservée dans un endroit sec, en présence d’humidité elle se désagrège en acide sulfurique et en oxyde de fer. Attention!!! Cette pierre produit de l’anhydride sulfurique si elle est chauffée, ne respirer jamais la vapeur se dégageant de cette combustion.  Figure I.6 Minerai de pyrite Sidérite La sidérite figure I. 7 est un carbonate de fer (Fe CO3) de couleur gris pâle ou jaune pâle. Elle devient brune ou noire en présence d’humidité. Elle contient 62% de fer et 38% de gaz carbonique. La sidérite est rarement pure à l’état naturel, on la rencontre le plus souvent avec le titane ou le nickel. Lorsque le minerai est concentré et contient peu d’impureté, il peutêtre exploité commercialement. La sidérite devient magnétique lorsqu’elle est chauffée et s’altère en limonite ou goethite (Bubenicek. L et al, 2017). Figure I. 7 Minerai de sidérite

ORIGINE DU FER OOLITHIQUE

Les minerais de fer oolithiques possèdent des grains à structure concentrique dont l’accumulation peut conduire à la formation d’un sédiment ou d’une roche purement oolitique, appelée anciennement oolithe par extension (oolite blanche du Jurassique du Bassin parisien). Surtout abondantes dans le Jurassique, en Europe, les oolites sont connues du début du Paléozoïque à nos jours. Ces grains, généralement petits et sphériques à ovoïdes (de 0,5 à 2 mm de diamètre en moyenne), doivent leur nom à leur ressemblance avec des pontes de poissons. La structure en couches concentriques, autour d’un noyau (nucléus) quelconque, souvent minuscule, implique une formation par accroissements successifs de l’enveloppe (cortex).

SYNTHESE DES TRAVAUX DE RECHERCHE SUR LE MINERAI DE FER OOLITHIQUE 

Caractéristiques du fer oolithique Petit grain sphérique calcaire ou ferrugineux, composé d’un corps central entouré de fines couches concentriques superposées et ressemblant à un œuf de poisson. Souvent les infiltrations amènent, autour de ces grains de sable, le dépôt d’enveloppes concentriques de carbonate de chaux, donnant naissance à des oolithes (Lapparent, 1886). Le minerai, qui se trouve dans la partie supérieure du lias et à la base de l’oolithe inférieure, se compose essentiellement de petits grains ferrugineux ou oolithes, agrégés par un ciment ocreux plus ou moins abondant. Les oolithes qui constituent la partie la plus riche de la masse sont à peu près sphéroïdaux, et elles ont ordinairement la grosseur d’une tête d’épingle à peine perceptible à l’œil nue. Chaque oolithe est généralement formé de couches concentriques de peroxyde de fer hydraté (Ch. Durand, 1893). La plupart des oolites anciennes et actuelles sont calcaires (cortex formé d’aragonite ou de calcite), et c’est pourquoi le terme d’oolite fut parfois pris, à tort, comme synonyme de couche de calcaire oolithique ; il existe des oolithes ferrugineuses, siliceuses, phosphatées, chloriteuses, dont le mode de formation et la répartition paléogéographique sont bien différents. La structure à la fois concentrique et radiée des oolites calcaires anciennes ne se retrouve généralement pas dans les oolithes marins actuels. Sur les oolithes actuels, l’étude au microscope électronique de la disposition des cristaux d’aragonite dévoile des aiguilles disposées tangentiellement à la surface. Cela montre que la structure radiaire doit être le résultat d’une recristallisation. Cependant, dans le milieu de formation d’oolithes du golfe, on a pu montrer que les cristaux poussent avec une orientation radiaire lorsque l’oolithe séjourne dans les dépressions peu agitées, et qu’ils se tassent en un feutrage tangentiel lorsqu’elle est entraînée par les courants dans les parties plus agitées du rivage. La croissance de l’oolithe dépend donc de l’alternance de séjours en milieu abrité et en milieu agité (JeanClaude PLAZIAT 2017)

Formation d’oolite

Un oolithe est composée d’un noyau (nucléus) autour duquel s’est initié le développement concentrique par précipitation chimique (ou biochimique) du CaCO3. Il peut s’agir du:  Bio-claste (débris d’origine biologique) ;  Litho-claste (petit fragment de débris de roche) ;  Grain de carbonate micritique (se solubilisant dans le contexte du milieu au moment de la formation initiale de l’oolithe). Autour du noyau se développent des « lamines » (cortex), en fines couches concentriquement superposées souvent calcaires et parfois ferrugineuses, (Perez, J.-B. 2013).Les oolithes se forment plutôt en milieu marin peu profond mais agité. Elles restent en suspension permanente, tandis que les couches formant le cortex se mettent en place lorsqu’elles deviennent trop lourdes, elles se déposent sur le fond marin et se sédimentent. L’origine purement minérale des oolithes est sujette à débat dans la communauté des sédimentologies. Les oolithes actuels présentent un micro-bio-film bactérien en surface, qui pourrait aider à la précipitation carbonatée. Il s’agirait alors de précipitation induite (par opposition à une précipitation contrôlée, comme dans le cas des tests d’animaux marins), sur le modèle des stromatolithes, mais sur une structure non fixée (Prévôt, C. 2013).

DEMANDE EN MINERAI DE FER DANS LE MONDE

Les minerais contenant du fer sont très nombreux, mais uniquement un nombre limité d’entre eux sont utilisés comme source de fer. Le minerai de fer est une roche contenant du fer, généralement sous la forme d’oxydes, comme l’hématite. Les minerais de fer ont une teneur en fer variable selon le minéral ferrifère ; sachant également que l’isomorphisme, presque toujours présent dans les minéraux naturels, réduit la teneur théorique. En 2015 en raison de la faible croissance de la production mondiale d’acier, la hausse continue de l’offre, conjuguée à la chute de la demande, a fait de 2015 une année difficile pour le marché du minerai de fer, affirme la CNUCED dans un nouveau rapport. Iron Ore Market Report 2015, qui retrace l’évolution de ce marché en 2014 et en donne une vue d’ensemble pour 2015 – 2016, montre que le ralentissement de la production mondiale d’acier, dont le minerai de fer est la matière première primaire, inaugure une nouvelle phase caractérisée par une croissance plus faible, une baisse des prix et une diminution des marges des sociétés minières. Pour 2015, indique la CNUCED, la production mondiale d’acier brut est estimée à 1 763 millions de tonnes en baisse de 2.9 % par rapport à 2014, et celle de minerai de fer à 1 948 millions de tonnes (- 6 %). Après une longue période de croissance rapide, le marché du minerai de fer a vu la demande se tasser et les prix retomber à des niveaux que l’on n’avait plus vus depuis 2002. Le prix du minerai de fer, qui affichait 71,26 dollars par tonne métrique sèche au début de 2015, a perdu 39 % sur l’année. La réorientation de la stratégie économique chinoise a entraîné un fort ralentissement de la consommation d’acier, que les signes de reprise observés dans d’autres régions du monde n’ont pas suffi à compenser. Dans le même temps, les géants miniers du secteur ont intensifié leur production de minerai de fer non seulement en Australie, mais également dans d’autres pays, provoquant une importante surproduction. Les fermetures de capacités, notamment en Chine, ont été insuffisantes pour contrebalancer cette expansion, et de nombreux projets miniers ont dû être interrompus ou reportés. CHAPITRE I SYNTHESE DES TRAVAUX DE RECHERCHE SUR LE MINERAI DE FER OOLITHIQUE 2018 9 Le marché mondial du minerai de fer sera caractérisé par une surproduction réelle ou potentielle pendant plusieurs années encore. Les prix ne pourront pas dépasser un certain seuil, qui sera déterminé par les investissements indispensables à la poursuite de la production, notamment par le géant minier brésilien Vale. En Chine, la demande d’acier devrait augmenter beaucoup moins rapidement qu’au cours des dix dernières années, mais elle devrait repartir dans le reste du monde malgré les perspectives macroéconomiques défavorables dans la zone Euro. Les nouveaux approvisionnements devraient être assurés principalement par Vale, Rio Tinto et BHP Billiton, les trois géants du secteur, dont les décisions d’investissement devraient être prudentes. En 2014, au niveau mondial, la production de minerai de fer a augmenté de 1.9 % seulement à 2 048 millions de tonnes. Elle s’est accrue dans toutes les régions, exception faite de l’Asie, où elle a chuté de 21 % – et de 27 % en Chine. En Australie, elle a poursuivi sa hausse, qui s’est montée à 19 %, atteignant 724 millions de tonnes. Au Brésil, elle a progressé de 2.1 % à 399 millions de tonnes. (UNCTAD ; 2016). Le commerce mondial du minerai de fer a augmenté rapidement en 2014, avec des exportations en hausse de 10 %. Cette augmentation s’explique par la nouvelle répartition géographique des centres de production et, en particulier, par le fort accroissement des importations chinoises, consécutif à la fermeture de capacités nationales. Comme pour les années passées, la hausse des échanges était presque entièrement due à l’accroissement des importations chinoises. La Chine était à l’origine de 57 % de l’augmentation des importations mondiales en 2013, et de 88 % en 2014. En 2014, le commerce mondial de minerai de fer par voie maritime a progressé de 12.4 % à 1 356 millions de tonnes. Néanmoins, le secteur des transports maritimes a continué d’afficher une forte surcapacité, et les coûts du frais demeurent faibles. (UNCTAD ; 2016). Le rapport du marché du minerai de fer en 2015, produit grâce au fonds d’affectation spéciale pour l’information sur le minerai de fer de la CNUCED, couvre l’évolution du marché jusqu’à septembre 2015. Il est complété par une base de données électronique actualisée sur le marché du minerai de fer, qui sera mise en ligne le premier du mois de Mars 2016 (UNCTAD ; 2016). I.5 PRODUCTION DE MINERAI DE FER I.5.1 Production mondiale de minerai de fer Seule une quarantaine de pays dans le monde produit du minerai de fer 3,3 milliards de tonnes de fer / an. La production mondiale de minerai de fer a atteint 3320 millions de tonnes en 2015, soit une légère diminution par rapport à 2014 (3420 millions de tonnes). La Chine est de très loin le leader du marché du minerai de fer, avec 1,38 milliard de tonnes de minerai extraites et loin derrière, l’Australie (824 Mt) et le Brésil,(428 Mt). Au 4ème rang : l’Inde (129 Mt), et la Russie (112 Mt). I.5.2 Pays producteurs de minerai de fer Le minerai de fer est surtout employé par l’industrie sidérurgique pour la fabrication de fonte et d’acier. En 2009, la production de minerai de fer a baissé pour la première fois en sept ans mais le commerce de cette matière première – stimulé par la demande chinoise – n´en a pas moins augmenté l´année dernière, d´après le rapport intitulé le marché de fer 2009 – 2011 et selon le rapport du Fonds d´Affectation Spécial de la CNUCED : La production mondiale de minerai de fer avait baissé de 6.2 % en 2009 pour passer à 1 milliard 588 millions de tonnes. La production a diminué dans la plupart des pays, à quelques exceptions notables près, comme l´Australie et l´Afrique du Sud. Malgré la récession mondiale, le commerce du minerai de fer avait atteint un niveau record de 955 millions de tonnes en 2009, soit une hausse de 7.4 % par rapport à l´année précédente. L´augmentation était due à des importations chinoises plus élevées, résultant d´une demande croissante conjuguée à une baisse de la production intérieure chinoise. L´Australie est le plus grand pays exportateur de minerai de fer : en 2009, elle a exporté 363 millions de tonnes, soit une augmentation de 17 %. Les exportations du Brésil, avec 266 millions de tonnes, ont perdu 3 %. L´Inde, avec 116 millions de tonnes, a pris la troisième place. On estime que le commerce maritime du minerai de fer a augmenté de 11 % en 2009, avec 890 millions de tonnes. La Chine est de loin le plus grand importateur de minerai de fer puisqu´elle représente les deux tiers des importations mondiales. Malgré la récession, sa consommation de minerai a progressé de 41 % en 2009, pour atteindre 628 millions de tonnes. Statista GmbH ; Hamburg ; Germany 2017.