Nouveau shéma de traitement des minerais de phosphate beige

Applications techniques

Les phosphates ne sont pas seulement utilisés dans le domaine de l’agriculture. Pour des applications techniques ils constituent une gamme vaste et hétérogène de produits qui diffèrent aussi bien par leur structure (phosphate, métaphosphate, polyphosphate, pyrophosphate) que par leurs usages. 

Fabrication de l’acide phosphorique

La roche phosphatée est la source principale de l’acide phosphorique, la fabrication de ce dernier représente 80 à 90% de la consommation mondiale de phosphate. On outre, l’acide phosphorique H3PO4 est la source de base d’importants composés industriels (ciment dentaire, détergents, levures, etc.). Le procédé industriel, le plus ancien pour la fabrication de l’acide phosphorique est l’attaque de phosphate de calcium par l’acide sulfurique selon la réaction (5). La réaction donne le phosphogypse comme un sous-produit de la production de l’acide phosphorique CA10(PO4)6 F2+10H2SO4+10H2O 6H3PO4 +2HF2 H+10CaSO4 H2O (5) L’acide phosphorique est la base de plusieurs réactions de nombreux produits : – Il est combiné au carbonate de sodium naturel et donne du phosphate de sodium monobasique ou phosphate monosodium (NaH2PO4) il est utilisé dans le traitement des eaux de chaudières – Il est aussi utilisé comme matière première dans la fabrication d’une gamme de produits chimiques comprenant le pyrophosphate acide de sodium (NaH2PO4), le tripolyphosphate de sodium (NaPO4), et le métaphosphate de sodium (NaPO3), – Il est aussi considéré comme un produit de base du phosphate rouge utilisé dans la fabrication des allumettes. 

Production des matériaux de construction

Le phosphogypse est le produit de l’attaque du phosphate marchand par l’acide sulfurique. La production mondiale de phosphogypse est très importante elle est estimée à environ 250 millions de tonnes par an. Cette énorme quantité trouve trois destinations : le rejet en cours d’eau, la mise en terril ou la valorisation. (Leenars, 2006). L’emploie juste du phosphogypse peut se faire dans nombreux domaines, dont le génie civil. 1. Dans les constructions routières, où le phosphogypse est envisagé seul en terrassement comme remblai routier, ou en assises de chaussées. 2. La production d’agglomérées avec des mélanges de phosphoplâtre et de sable ou comme mélanges compactés de phosphogypse stabilisés à la chaux la production de plâtre « imitation marbre », la production de ciment d’anhydrite. 3. La production de plâtre (ou phosphoplâtre), obtenu par conversion thermique du sulfate de calcium dihydraté du phosphogypse en semihydrate. Cette production fut la première application intéressante qui est passé à l’échelle industrielle grâce à la teneur élevée du phosphogypse en gypse et l’aspect technique relativement simple de cette application. Les produits et dérivés de cette technique sont : L’enduits de plafonnage manuel ou à la machine, les plaques de plâtre cartonnées avec ou sans isolant, les plâtres de collage, les carreaux de plâtre etc. Par contre, l’industrie du ciment n’admet que des phosphogypses exempts au maximum d’impuretés. Les applications les plus importantes dans la fabrication du ciment sont la régularisation de la prise du ciment, la fabrication combinée du clinker avec l’acide sulfurique et la minéralisation de la cuisson et du clinker. 

Phosphates comme matériaux diélectriques

Un matériau diélectrique se distingue d’un matériau métallique par le fait que les charges ne peuvent se déplacer sous l’action d’un champ électromagnétique. En revanche, sous l’action d’un champ électrique 𝐸 les entités, qui le constituent peuvent révéler l’existence de dipôles électriques ce qui crée une polarisation locale au niveau microscopique et une susceptibilité électrique au niveau macroscopique.

Matériaux piézoélectriques

Le terme piézoélectricité vient du mot grec piézein (presser, appuyer). Il caractérise la propriété que possèdent certains matériaux de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique et réciproquement de se déformer lorsqu’on leur applique un champ électrique. Les deux effets sont indissociables. Le premier effet est appelé effet piézoélectrique direct, le second effet est piézoélectrique inverse (Thomas, 2016). 1.5.2.3.2 Matériaux hydroélectriques Parmi vingt classes de symétrie piézoélectriques, 10 d’entre elles sont compatibles avec l’existence d’un moment dipolaire permanent, en l’absence de contrainte ou de champ extérieur, par décalage des barycentres des charges positives et négatives. Ces 10 classes caractérisent les matériaux hydroélectriques où un changement de température détermine une variation de la polarisation électrique et par conséquent engendre un potentiel électrique. Cette propriété est rencontrée dans nombre de minéraux tels que le quartz, la tourmaline. Un sous-groupe remarquable des cristaux piézoélectriques sont les cristaux ferroélectriques pour lesquels la direction de la polarisation spontanée peut être réorientée ou même renversée sous l’action d’un champ électrique externe. La signature de la ferroélectricité est l’existence d’un cycle d’hystérésis lorsqu’on représente la variation de la polarisation P en fonction du champ appliqué (Hustel B T. and all 2013. 

Matériauxferroïques

Le terme «ferroïques» est le nom générique regroupant les composés ferromagnétiques, ferroélectriques et ferroélastiques. L’origine du radical «ferro» remonte à Pierre Weiss qui établit vers 1900 que le fer et certains métaux sont composés de « domaines » minuscules, rassemblant un certain nombre d’atomes. Normalement, ces domaines sont disposés en désordre à l’intérieur du métal. Le passage d’un aimant sur un barreau de fer non aimanté aligne tous ces «domaines» dans le même sens et provoque l’aimantation du métal. De cette première expérience est resté le terme « ferro » pour tout alignement de domaines et/ ou de moments 18 magnétiques, électriques parallèlement à une même direction. Inversement, le radical « antiferro » décrira des alignements d’entités antiparallèles.

Phosphates dans la fabrication du céramiques 

Phosphates comme céramiques à faible coefficient de dilatation thermique Les relations entre la structure d’une céramique et ses propriétés dilatométriques constituant un aspect important de la science des matériaux géoscience en raison de leur implication dans nombre d’applications industrielles : métallurgie, électronique, matériaux spéciaux utilisés dans la construction des engins spatiaux etc. Dans le cas où les matériaux sont soumis à des contraintes thermiques importantes (capsules spatiales, supports de miroirs de télescopes, fours thermiques, supports de catalyseurs ou de puces électroniques, etc.), la nécessité pour ce matériau, de pouvoir supporter des chocs thermiques sans altération est à l’origine de nombreuses recherches sur les céramiques à faible dilatation thermique. L’un des aspects de ces études est de relier le comportement macroscopique de la céramique aux modifications microscopiques résultant de l’effet thermique, modifications pouvant être détectées par l’analyse structurale. Tout solide chauffé ou refroidi subit une modification de ses dimensions. Les modifications engendrées lors du chauffage d’un matériau solide sont généralement caractérisées par le coefficient de dilatation thermique. Les phases cristallisées anisotrope sont donc des coefficients dépendant de l’orientation cristallographique et sont souvent caractérisées par des valeurs moyennes obtenues, par exemple à partir des céramiques frittées.

Phosphates comme matériaux à faible dilatation thermique

Le rôle des phosphates dans le développement des céramiques à faible dilatation thermique est lié à la richesse de la cristallochimie des composés du Zirconium et des phases engendrées par diverses substitutions cationiques. Leur découverte a tenait en partie au hasard. En 1976 Goodenough mettaient en évidence les propriétés de conduction ionique de la phase Na1+xZr2P3-xSixO12 en vue de la mise 19 au point de batteries fonctionnant à haute température. L’intérêt de ces silicophosphâtes conduisait (Boilot et al 1979) à élaborer ces électrolytes à plus basse température et à étudier leur comportement thermique. Les faibles valeurs de dilatation obtenues pour certaines compositions furent le point de départ de nombreuses études sur cette famille de composés connue sous le nom de Nasicon (acronyme de Natrium Super Ionique Conducteur). Plus récemment sont observées les propriétés remarquables du diphosphate de Zirconium (ZrP2O7) et de ses composés isotypes ainsi que celles de l’oxyphosphate Zr2O(PO4)2 et des différentes phases résultant de la substitution du Zirconium par le Hafnium. 

Applications alimentaires du phosphate

Les phosphates pour des applications alimentaires recouvrent également un vaste domaine de produits : poudres de levures, charcuterie, salaisons, fromages, etc. Leur degré de pureté, notamment vis à vis de certains éléments (Arsenic, Fluor, métaux lourds), est très rigoureux. Ceci explique pourquoi la majeure partie de ces composés est préparée à partir d’acide phosphorique dit de voie thermique. La pureté de ce dernier est nettement supérieure à celle de l’acide phosphorique dit de voie humide, ultérieurement, résultant de l’attaque des apatites par un acide fort (en général, l’acide sulfurique). L’alimentation des animaux contient deux éléments indispensables à la constitution du corps et au fonctionnement de l’organisme qui sont le calcium et le phosphore ; la roche phosphatée offre ces deux derniers éléments. 

Application pharmaceutique et biomatériaux du phosphate

L’industrie pharmaceutique utilise largement l’acide phosphorique et le Calcium dans la production de nombreux médicaments, et les pâtes dentifrices, En outre ils polissent, blanchissent, préviennent les dépôts de tartre et constituent un complément en Fluor. L’acide phosphorique purifié entre dans la synthèse de produits pharmaceutiques. Les phosphates et triphosphate de calcium sont également utiles pour l’industrie pharmaceutique. Dans le domaine du traitement du sang, les sels de phosphates freinent la coagulation et facilitent donc les analyses médicales. (Smith et Thirion, 1991). 20 On rencontre aussi les phosphates dans le domaine des biomatériaux à usage orthopédique. Les différents phosphates de calcium entrent dans la constitution de nombreux biomatériaux soit sous forme de céramique ou ciment soit sous forme de dépôts ou dans des matériaux de composite. (Mihai, 2005). 

Phosphate pour le stockage des radioéléments

En matière de stockage des éléments radioactifs en particulier des déchets provenant des centrales nucléaires, les solutions envisagées par les opérateurs concernés doivent beaucoup à la découverte en 1972 du réacteur fossile nucléaire d’Oklo au Gabon (Carpena et Lacout, 2002). A l’origine de cette découverte, une analyse de routine de la quantité d’Uranium – 235 dans un minerai montrait des taux extrêmement variables pouvant atteindre une proportion aussi basse que 0,4 % alors que la teneur attendue était de 0,72%. Les propriétés géologiques et cristallochimiques des phosphates de Calcium les prédisposent à être des matériaux capables de stocker des éléments radioactifs. Les différents applications industrielles du phosphate sont résumées et montées dans la Figure 1.3.