UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT MINES

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

En vue de l’obtention du

DIPLOME D’INGENIEUR DES MINES

ESSAIS DE VALORISATION PAR LA METHODE DE SEPARATION MAGNETIQUE A HAUTE INTENSITE DE LA CHROMITE D’ANTANIMBARY-MAEVATANANA

Présenté par : RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina

- Promotion 2010 -

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT MINES

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

En vue de l’obtention du

DIPLOME D’INGENIEUR DES MINES

ESSAIS DE VALORISATION PAR LA METHODE DE SEPARATION MAGNETIQUE A HAUTE INTENSITE DE LA CHROMITE D’ANTANIMBARY-MAEVATANANA

Présenté et soutenu publiquement le 23 Septembre 2011

Par : RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina

Membres du jury :

Président : Monsieur RANDRIANJA Roger

Rapporteurs : Madame ARISOA Rivah Kathy

Monsieur MICHELE Franchi

Examinateurs : Madame RASALAMA Lala Viviane

Madame RAHANTANIRINA Noëlle Marie Jeanne Françoise

Monsieur RASOLOMANANA Eddy Harilala

REMERCIEMENTS

En l’honneur de l’accomplissement du présent mémoire, je rends grâce à Dieu en qui demeure le courage et je me permets de témoigner ma gratitude, ma reconnaissance et mes sincères remerciements envers toutes les personnes et organismes qui y ont participé :

Monsieur ANDRIANARY Philippe, Professeur, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.

Madame ARISOA Rivah Kathy, Maître de conférences, Chef du Département Mines, et encadreur pédagogique.

Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur, Enseignant du Département Mines. Il nous fait l’honneur de présider le mémoire.

Monsieur MICHELE Franchi, Docteur en géologie, Gérant de GEO & ECO Consult, et encadreur professionnel à qui je dois une reconnaissance profonde pour ces précieuses aides tant technique que financier.

Madame RASALAMA Lala Viviane, Ingénieur métallurgiste, Chef du Département traitement du laboratoire de l’OMNIS, elle m’a dirigée pour les travaux d’essais au laboratoire et elle a bien voulu accepté d’être parmi les membres du jury.

Madame RAHANTANIRINA Noëlle Marie Jeanne Françoise, Chef du Département analyse du laboratoire de l’OMNIS, membre du jury.

Monsieur RASOLOMANANA Eddy Harilala, Professeur, Enseignant du Département Mines, membre du jury.

Monsieur RAKOTOMANANA Dominique, Enseignant chercheur de l’ESPA et Monsieur RANDRIANARIMANANA Jaobelison, Ingénieur des Mines.

Monsieur RAOILISON Guy Raymond, Ingénieur des Mines, Enseignant du Département Mines et Directeur de la DIRMA.

Monsieur Giovanni Grieco, Responsable du Laboratorio mineralogica de l’Universita degli di Milano.

i

Monsieur ANDRIAMALALA Mbola Prosper, Responsable du Laboratoire de Chimie du Département Génie Chimique – ESPA.

Mademoiselle RANDRIANANDRASANA Lila Norolalaina, Géologue, qui a bien voulu nous encadrer pendant nos travaux de terrain.

Monsieur RAKOTOMAVO Andrianiaina Jean Jacques, Maire de la Commune rurale d’Antanimbary et tout le personnel qui ont collaboré chaleureusement à la réalisation de la mission de terrain.

Mes amis qui n’ont pas hésité à offrir leur soutien moral, technique et financier.

Ma famille, mes parents qui ont tout donné pour l’accomplissement du mémoire de fin d’études du début jusqu’à la fin. Je leur témoigne ma plus profonde gratitude.

Merci à tous et que Dieu vous bénisse !

ii

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS

SOMMAIRE

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES

LISTE DES PHOTOS

LISTE DES FIGURES

LISTE DES TABLEAUX

ANNEXES

INTRODUCTION

PREMIERE PARTIE. GENERALITES SUR LE CHROME ET LA CHROMITE ET CADRE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE

Chapitre I. Généralités sur le chrome

Chapitre II. Généralités sur la chromite

Chapitre III. Cadre général de la zone d’étude

DEUXIEME PARTIE. ETUDES EXPERIMENTALES

Chapitre IV. Méthodes expérimentales

Chapitre V. Essais expérimentaux

Chapitre VI. Interprétation des résultats et recommandations

CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

TABLE DES MATIERES

iii

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES

LPNA : Lumière Polarisée Non Analysée EDS : Spectromètre à dispersion d’énergie

LPA : Lumière Polarisée Analysée WDS : Spectromètre à dispersion de longueur d’ondes

ICDA : International Chromium Development SMBI : Séparateur Magnétique à Basse Intensité Association

OMNIS : Office des Mines Nationales et des SMHI : Séparateur Magnétique à Haute Intensité Industries Stratégiques

KRAOMA : Kraomita Malagasy SMHG : Séparateur Magnétique à Haut Gradient de champ

CRF : Chimique-Réfractaire-Fonderie Chr : Chromite

USGS : United States Geological Survey Chl : Chlorite

Cr : Symbole du chrome Px : Pyroxène

Fe : Symbole du fer Bi : Biotite

Cr 2O3: Oxyde de chrome Amph : Amphibole

FeO : Oxyde de fer A : Ampère

SiO 2 : Silice m : mètre

Ppm : Partie par million µ : microns

Mt : Million de tonne s : seconde

MA : Million d’année g : gramme

GA : Milliard d’année Å : Angstrom

RN : Route nationale °C : Degré Celsius

CHRANT : Chromite Antanimbary SMS : Séparation Magnétique par voie Sèche

L : Lentille FM : Fraction Magnétique

FNM : Fraction Non Magnétique

iv

LISTE DES PHOTOS

Photo 1. La Commune rurale d’Antanimbary ...... 25

Photo 2. Bloc de Chromitite ...... 30

Photo 4. Couverture latéritique ...... 30

Photo 5. Lame AntL2 (Observation en LPNA à Gauche, Observation en LPA à Droite) .. 33

Photo 6. Lame AntL3 (Observation en LPNA à Gauche, Observation en LPA à Droite) .. 33

Photo 7. Lame AntL6 (Observation en LPNA à Gauche, Observation en LPA à Droite) .. 33

Photo 8. AntL2D11-AntL6C11 (Vue de Gauche à Droite) ...... 36

Photo 9. AntL4A01-AntL4A01 B (Vue de Gauche à Droite) ...... 36

Photo 10. Séparateur magnétique Type 138T.00.000.01.T0 ...... 68

Photo 11. Alimentation du séparateur ...... 69

LISTE DES FIGURES

Figure 1. Utilisations industrielles du Chrome ...... 8

Figure 2. Cristallisation fractionnée discontinue et continue des minéraux ...... 11

Figure 3. Pays producteurs de Chromite en 2009 ...... 13

Figure 4. Les unités tectono-métamorphiques de Madagascar ...... 18

Figure 5. Carte des gîtes de Chromite de Madagascar ...... 21

Figure 6. Carte de localisation de la commune rurale d’Antanimbary-district Maevatanàna ...... 22

Figure 7. Hydrographie d’Antanimbary ...... 24

Figure 8. Carte géologique d’Antanimbary ...... 28

Figure 9. Procéssus de la confection des lames minces ...... 32

Figure 10. Vision générale de la Microsonde JXA-8100...... 34

v

Figure 11. Vision générale de la colonne de Spectromètre à Rayon X ...... 35

Figure 12. Libération des particules ...... 40

Figure 13. Principe de classification granulométrique ...... 42

Figure 14. Courbe granulométrique ...... 45

Figure 15. Schéma de principe de séparation ...... 53

Figure 16. Appareils déferrailleurs ...... 57

Figure 17. Séparateurs à basse intensité en voie sèche à tambour...... 58

Figure 18. Séparateurs à basse intensité en voie humide...... 59

Figure 19. Séparateurs à haute intensité en voie sèche ...... 61

Figure 20. Séparateur à haute intensité en voie sèche a rotor induit ...... 63

Figure 21. Séparateur à haute intensité en voie humide type Jones DP 317 ...... 64

Figure 22. Séparateur à haute intensité en voie humide HIW8 (Boxmag Rapid) ...... 64

Figure 23. Schéma de principe du séparateur à haut gradient ...... 65

Figure 24. Séparateur à haut gradient à bobinage de Cuivre ...... 65

Figure 25. Séparateur à haut gradient en voie humide à bobine supraconductrice et à matrice d’extraction ...... 66

Figure 26. Schéma de préparation de la composite – étape 1 ...... 72

Figure 27. Schéma de lavage – étape 2 ...... 74

Figure 28. Schéma du premier essai ...... 77

Figure 29. Influence de l’intensité du courant sur la teneur Cr 2O3 ...... 79

Figure 30. Schéma du deuxième essai ...... 80

Figure 31. Préparation de l’alimentation pour le troisieme essai ...... 81

Figure 32. Schéma du troisième essai ...... 81

Figure 33. Schéma du quatrième essai ...... 83

Figure 34. Schéma du cinquième essai...... 84

Figure 35. Résultats de tamisage ...... 85

vi

Figure 36. Effet de l’ouverture de l’entrefer sur la teneur en Chromite et le taux de récupération en metal ...... 86

Figure 37. Effet de la granulométrie sur la teneur en Chromite et le taux de récupération en métal ...... 87

LISTE DES TABLEAUX

Tableau1. Propriétés physiques du Chrome ...... 4

Tableau 2. Teneurs moyennes en chrome des divers types de roches éruptives ...... 5

Tableau 3. Caractéristiques physiques de la Chromite ...... 9

Tableau 4. Caractéristiques des produits de la kraoma ...... 14

Tableau 5. Résèrves et production mondiale de Chromite ...... 15

Tableau 6. Description des lentilles chromifères d’Antanimbary ...... 29

Tableau 7. Analyses représentatives à la microsonde électronique de la Chromite d’Antanimbary ...... 37

Tableau 8. Analyses à la microsonde électronique du Chlorite ...... 38

Tableau 9. Quelques propriétés physiques et chimiques du Chlorite ...... 38

Tableau 10. Echantillons initiaux ...... 40

Tableau 11. Répartition granulométrique I ...... 43

Tableau 12. Répartition granulométrique II ...... 44

Tableau 13. Dimension moyenne des échantillons...... 45

Tableau 14. Teneur en Cr 2O3 des ouvertures de tamis ...... 46

Tableau 15. Susceptibilités magnétiques spécifiques χ de quelques minéraux (χ >0) ou diamagnétiques (χ<0) ...... 50

Tableau 16. Différents types de séparateurs magnétiques ...... 56

Tableau 17. Fiche technique de l’appareil ...... 69

vii

Tableau 18. Paramètres des essais de séparation magnétique de la Chromite d’Antanimbary ...... 71

Tableau 19. Récapitulatif de la composite ...... 71

Tableau 20. Granulométrie des composites ...... 73

Tableau 21. Rendement poids du tamisage – broyage ...... 73

Tableau 22. Rendement poids de lavage...... 74

Tableau 23. Rendement poids de l’extraction de la magnetite ...... 75

Tableau 24. Lots d’échantillons de minerai composite ...... 75

Tableau 25. Bilan de l’essai à un courant de 1,5A ...... 78

Tableau 26. Bilan du retraitement de la FNM1,5 ...... 78

Tableau 27. Bilan total de l’essai préliminaire ...... 78

Tableau 28. Résultats du deuxième essai ...... 80

Tableau 29. Résultats du troisième essai ...... 82

Tableau30. Bilan total du retraitement ...... 82

Tableau 31. Résultats du quatrième essai ...... 83

Tableau 32. Résultats du cinquième essai ...... 84

ANNEXES

Annexe 1. OMNIS ...... C

Annexe 2. Cartographie et échantillonnage à Antanimbary ...... E

Annexe 3. Photographies de quelques appareils de préparation mécanique des échantillons ...... K

Annexe 4. Dosage du Chrome ...... M

Annexe 5. Dosage du Fer par la methode au bichromate ...... N

viii

Introduction [Sélectionnez la date]

INTRODUCTION

La recherche minière, actuellement, fait partie intégrante du présent et du futur de Madagascar. Classé parmi les plus pauvres, le pays se lance actuellement dans l’exercice de la promotion de ses richesses minières dans le but de relancer l’économie nationale. En effet, Madagascar s’aligne parmi les pays dont le sous-sol renferme des potentialités minérales qui ne sont à aucun point négligeables.

Une collaboration est née entre le Département Mines de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, la société Geo& Eco Consult, et l’Office des Mines Nationales et des Industries Stratégiques (OMNIS) dans le but de promouvoir l’exercice de la recherche minière.

Le Chrome est un minéral très convoité dans l’industrie, principalement dans la métallurgie pour la fabrication des aciers inoxydables. Actuellement, plusieurs sont les produits utilisables qui dérivent de ce métal.

La chromite, principal minerai de chrome, figure parmi les principales substances minières que Madagascar exploite depuis plusieurs années par l’intermédiaire de la société KRAOMA. Le pays dispose en effet de plusieurs gisements de chromites dont ceux d’Andriamena restent les seuls encore en cours d’exploitation. D’autres gisements sont encore restés en veilleuse du fait de leur importance économique négligeable. Les lentilles chromifères d’Antanimbary – Maevatanàna sont déclarés gisements sans intérêt économique avec leurs ratios Cr/Fe de 0,5 à 1,01.

Le présent mémoire intitulé : «Essais de valorisation par la méthode de séparation magnétique à haute intensité de la chromite d’Antanimbary-Maevatanàna» est abordé dans le but d’apporter de nouvelles perspectives sur la chromite d’Antanimbary tant dans le domaine scientifique que sur l’étude de faisabilité de valorisation. En effet, les 150.000 tonnes estimées réserves probables dans l’ensemble de la zone Maevatanàna et dont 60% sont détectées dans le secteur de Bekapirijy – Antanimbary mériteraient une attention particulière quant à leur intérêt économique mais aussi quant à la valeur qu’elles pourraient apporter pour la science.

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Introduction [Sélectionnez la date]

L’étude consiste à effectuer des essais d’enrichissement par la séparation magnétique à haute intensité par voie sèche de la chromite et d’en dégager les paramètres de concentration optimaux ainsi que les caractéristiques du concentré final obtenu.

Pour cela, une campagne de prospection et d’échantillonnage a été effectué dans le secteur de Bekapirijy - commune d’Antanimbary suivi d’analyses par la microsonde électronique dans le Laboratorio mineralogica de l’Universita Degli di Milano, d’études sur lames minces au laboratoire des mines, puis terminé par les essais d’enrichissement par le séparateur magnétique du laboratoire de l’OMNIS.

L’ouvrage comporte deux parties. La première partie parle des généralités sur le chrome et la chromite, et cadre général de la zone d’étude. La deuxième partie renferme les études expérimentales effectuées pour les essais de valorisation de la chromite d’Antanimbary.

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PREMIERE PARTIE. GENERALITES SUR LE CHROME ET LA CHROMITE ET CADRE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE

Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Chapitre I. GENERALITES SUR LE CHROME

[1] [2] [18] [19] [20] [21] [22]

I.1 HISTORIQUE C’est en 1798 que le chrome métallique fut isolé pour la première fois par Vauquelin. Il proposa le nom de Chrome (chroma = couleur) au nouveau métal à cause des colorations vives de ses dérivés.

Les premières usines préparant des colorants minéraux à base de chrome furent installées, à Londres en 1816, et à Manchester en 1822 par Kurtz.

En 1854, Bunsen prépara le métal par électrolyse du chlorure de chrome (II).

Les premiers aciers au chrome ont été produits industriellement à partir de 1905 et a pris un grand développement juste avant la première guerre mondiale.

I.2 PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES I.2.1 Propriétés physiques

Le Chrome, de symbole Cr, est un métal dur et cassant très stable à l’air et dans l’eau.

Le tableau ci-dessous récapitule les principales propriétés physiques du chrome :

Tableau1. Propriétés physiques du Chrome Propriétés physiques Valeurs

Poids spécifique à 20°C 7,19

Rayon atomique 1,28 Ǻ

Cr 6+ 0,35 Ǻ

Rayon ionique Cr 3+ 0,64 Ǻ

Cr 2+ 0,83 Ǻ

Numéro atomique 24

Poids atomique 52

Point de fusion 1 930 ± 10°C

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

I.2.2 Propriétés chimiques

Le chrome fournit trois séries de combinaisons bien définies où l’ion chrome peut être divalent, trivalent ou hexavalent, l’oxyde CrO est modérément basique ; l’oxyde Cr 2O3 est faiblement basique ; l’oxyde CrO 3 est fortement acide et donne toute une série de sels utilisés dans l’industrie chimique.

I.3 GEOCHIMIE

I.3.1 Répartition du Chrome dans les roches

Le chrome existe dans les roches sous forme d’ions Cr 3+ et se comporte comme un élément lithophile. Lors de la différenciation d’un magma silicaté le chrome peut remplacer le Fe 3+ de rayon ionique très voisin [Al 3+ 0,51/ Cr 3+ 0,63/ Fe 3+ 0,64] dans les structures cristallines mais, étant donné sa plus faible électronégativité (1,6 contre 1,8), cet élément est concentré préférentiellement au Fe 3+ dans les minéraux qui contiennent cet ion et est soustrait rapidement du magma. Le chrome ne se trouve ainsi en concentration notable que dans les termes inférieurs de la différenciation magmatique, c’est-à-dire dans la série des roches basiques et ultrabasiques. Parmi les premiers minéraux ainsi formés qui contiennent du chrome seuls les spinelles chromifères ou chromites peuvent fournir un minerai à teneur suffisamment élevée, comprise en général entre 20% et 42% Cr.

Nous indiquons, dans le tableau ci-dessous, les teneurs moyennes en chrome des divers types de roches éruptives qui correspondent bien aux principes énoncés ci-dessus :

Tableau 2. Teneurs moyennes en Chrome des divers types de roches éruptives Roches moyennes (d’après Goldschmidt) Teneur en chrome en ppm

Péridotite (dunite) 3.400

Gabbro 340

Diorite 68

Granite 2

Syénite néphélinique 0,7

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

I.3.2 Cycle du Chrome

Lors des processus d’altération et d’érosion des roches qui le contiennent l’ion Cr 3+ est extrêmement peu mobile et se trouve généralement enrichi sur place dans les sols d’altération. La chromite reste généralement inaltérée mais l’évolution exacte du Cr 3+ provenant de l’altération des autres minéraux (péridots, pyroxènes) reste encore à préciser. En particulier sous des climats tropicaux et en milieu oxydant l’ion Cr 3+ peut passer à l’ion Cr 6+ pour donner des composés de chrome solubles dans les eaux superficielles.

I.4 MARCHE INDUSTRIEL DU CHROME

I.4.1 La métallurgie

En principe la chromite de bonne qualité métallurgique (minerai standard) doit contenir au moins 48 % Cr 2O3 et avoir un ratio Cr / Fe égal ou supérieur à 3. En fait, l’industrie utilise

des quantités non négligeable de chromite à faible teneur (inférieure à 48 % Cr 2O3) ou à faible ratio (Cr / Fe compris entre 1,7 et 2,8). Le minerai peut être soit sous forme rocheux, soit concentré. En ce qui concerne la granulométrie, on admet les fines, à condition qu’elles ne forment pas une proportion trop importante du minerai, jusqu’à environ la maille de 200µ.

L’industrie de la métallurgie prépare, outre le métal lui-même, les ferrochromes destinés à la sidérurgie. Des fontes contenant jusqu'à 70% de chrome sont obtenues en réduisant la chromite par le charbon dans des fours électriques. Ces ferrochromes renferment 0,02 à 10% de carbone, suivant que le garnissage intérieur des fours soit en chromite, en magnésite ou en graphite. Le chrome pur s'obtient en trois étapes : passage de la chromite à un bichromate alcalin ; réduction de ce dernier par le soufre ou le charbon en oxyde Cr 2O3 ; enfin réduction de l'oxyde à haute température par l'aluminium en poudre ou le silicium. Le chrome fondu se rassemble au fond du creuset et il est recouvert par l'alumine fondue, colorée en rouge par de l'oxyde de chrome. Les impuretés principales sont l'aluminium et le fer. La purification est difficile.

Le chrome pur sert à recouvrir pour les protéger le fer, les aciers, le cuivre et divers alliages : c'est l'opération du chromage qui donne une surface brillante susceptible d'un beau poli, résistant à la corrosion. Il entre dans la composition d'aciers spéciaux et de nombreux alliages.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

On utilise pour la construction mécanique des aciers contenant un faible pourcentage de chrome et de nickel ; des proportions plus élevées conduisent à des aciers inoxydables, par exemple avec 18% de chrome et 8% de nickel. En augmentant encore les doses de nickel et de chrome, on obtient des aciers résistant à des températures de 650 à 1 150 0C ; c'est le cas de l’Inconel qui contient 15% de Cr, 78% de Ni et 7% de Fe.

Le Chromel (80% de Ni et 20% de Cr) sert à faire des résistances chauffantes et des couples thermoélectriques ; il fait partie des nichromes.

Divers alliages à base de cobalt constituent les Stellites qui permettent le travail mécanique à chaud ; à côté du cobalt, on y trouve du chrome, du tungstène, du molybdène, parfois du fer et du nickel, avec 1 à 2,5% de carbone (exemple : 55% de Co, 25% de W, 15% de Cr, 5% de Mo).

I.4.2 L’industrie CRF

L’industrie CRF rallie l’industrie chimique, l’industrie réfractaire, et la fonderie. L’industrie chimique utilise un minerai (de préférence sous forme de concentré ou de fines) à teneur en Cr 2O3 de 44% au minimum et une teneur en SiO 2 de 8% au maximum. Le premier produit obtenu à partir de la chromite finement broyée est généralement le bichromate de soude Na 2Cr 2O72H 2, à partir duquel sont fabriqués les autres produits chimiques à base de chrome. Ceux-ci sont utilisés principalement dans l’industrie des pigments (oxyde de chrome (III)), dans le tannage des cuirs (sulfate basique de chrome (III)), dans l’industrie textile, dans la protection des surfaces métalliques contre la corrosion (sous forme de films protecteurs ou sous forme de chromates ajoutés aux fluides en contact avec le métal à protéger) et dans toute une série d’applications de moindre importance (fungicides pour la protection du bois, réactifs de laboratoire, agent détergent, catalyseur etc.…).

L’industrie réfractaire utilise un minerai dont la teneur en Cr 2O3 peut varier de 30% à 52% selon la qualité du produit voulue. La teneur en SiO 2 exigée est de 1% au maximum. La chromite réfractaire est principalement utilisée dans la fabrication de briques neutres devant résister à des températures très élevées. On peut citer les briques réfractaires pour les fours industriels à revêtement intérieur basique dont la chromite est soit seule soit additionnée de magnésite ou d’alumine. La chromite peut également être fournie sous forme de plastiques

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude ou de mortiers contenant un liant auto-durcissant à l’air pour l’entretien et la réparation des revêtements réfractaires.

La fonderie utilise quand à elle un minerai à peu près semblable à celui de la métallurgie, c'est-à-dire à teneur en Cr 2O3 supérieure à 44% et à ratio Cr/Fe supérieur à 2. La chromite est principalement utilisée afin de protéger les parois des moules pour la fonderie.

Figure 1. Utilisations industrielles du chrome (Source : ICDA International Chromium Development Association, 2010)

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Chapitre II. GENERALITES SUR LA CHROMITE [1] [2] [18] [19] [20] [21] [22] [23]

II.1 MINERALOGIE

2+ 3+ 3+ 3+ Le groupe des chromites a pour formule générale: (Mg, Fe ) O. (Cr , Fe , Al )2O3. On

distingue la magnésiochromite = MgO, Cr 2O3 et la ferrochromite = FeO, Cr 2O3. Le terme picotite est attribué aux chromites pauvres en Cr 3+ formant le passage aux spinelles plus 3+ 3+ 3+ 3+ riches en Al , de formule (Mg, Fe) O. (Al , Cr , Fe )2O3.

Le ratio est le rapport de la teneur en chrome à la teneur en fer de la chromite.

Le point de fusion de la chromite est élevé. Pour les variétés riches en Cr 3+ + Al 3+ , utilisées dans l’industrie des réfractaires, il peut atteindre 2 000°C.

La chromite cristallise dans le système cubique, l’octaèdre étant la forme dominante. La plupart du temps cependant la chromite se présente en grains xénomorphes, en masses granulaires à compactes ou en nodules dans la roche encaissante.

Les caractéristiques de la chromite varient avec sa composition chimique, comme l’indique le tableau ci-dessous :

Tableau 3. Caractéristiques physiques de la chromite Chromite alumineuse Chromite ordinaire Chromite riche en Fer

Couleur Noire Noire Noire

Eclat Sub-métallique à résineux Sub-métallique Métallique

Densité 4,1 à 4,5 4,5 à 4,8 4,6 à 5,0

Dureté 6,5 à 7,5 5,5 5,5 à 6,5

Poussière Brun-pâle à brun-vert Brun à brun-chocolat Brun foncé

Couleur en lame Brun clair Cerise à brun rouge Opaque mince

Magnétisme néant Faible ou léger Léger à fort

20 à 30% pour les variétés Minimum 30% pour Teneur en chrome 30 à 42% commerciales Les variétés commerciales

Ratio Cr/Fe 2 à 3,5 1,7 à 2,7 0,7 à 1,6

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

II.2 GENESE DE LA CHROMITE

La genèse de la chromite est liée à la différenciation métallogénique magmatique. Elle se forme à partir de la cristallisation fractionnée du magma. Les gisements de chromite du monde sont encaissés par des roches basiques et ultrabasiques qui sont des roches ophiolitiques. Les ophiolites proviennent des fragments de la croûte terrestre océanique et du manteau supérieur, suite à une collision entre un continent et un arc insulaire, ou entre un continent et la croûte océanique.

Les ophiolites renferment très souvent des indices de chromites au voisinage du contact manteau supérieur-croûte océanique. On distingue deux types d'ophiolites :

- les ophiolites lherzolithiques, liées à un manteau appauvri à chromites pauvres, riche

en TiO 2 ; - les ophiolites harzburgitiques associées aux arcs insulaires et aux bassins marginaux,

plus pauvres en TiO 2 à chromites riches en Cr.

Le cortège ophiolitique résulte d’une différenciation magmatique par fusion-percolation- ségrégation donnant des roches basiques et ultrabasiques. Ce cortège recèle des précieuses minéralisations de chromite.

D’après l’expérience de BOWEN sur des composés complexes, au cours de la cristallisation des minéraux constitutifs des roches éruptives, cristallisent en premier lieu les minéraux les plus réfractaires tels que l’olivine, le pyroxène, les plagioclases basiques avec une formation des roches ultrabasiques telles que les pyroxénolites et les péridotites, ensuite, se cristallisent des minéraux plus fusibles tels que le feldspath et le quartz suivis d’une formation des roches acides telles que les syénites, les granodiorites et les granites. En même temps que ces roches éruptives se forment, des minerais de valeurs vont cristalliser et donnent parfois des gîtes d’origine magmatique comme la chromite.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Figure 2. Cristallisation fractionnée discontinue et continue des minéraux (Dessin par Pierre-André Bourque, Université Laval)

II.3 GISEMENTS ET REPARTITIONS DANS LE MONDE

II.3.1 Gisements associés aux complexes stratiformes

Dans ces complexes, les différents types de roches sont disposés en bancs parallèles de grande extension latérale et passent progressivement des roches péridotitiques, à la base, aux roches gabbroïques ou plus acides au sommet. Les concentrations de chromite forment des pseudo-couches interstratifiées dans l’ensemble. Au bushveld, les principales couches exploitées se trouvent presque immédiatement au mur des gabbros dans une gangue de pyroxénolite ou harzburgite.

Les principaux gisements sont ceux associés au complexe du Bushveld de Transvaal (République d’Afrique du Sud), principal producteur mondial de chromite de qualité chimique, et ceux associés au Grand Dyke de Rhodésie du Sud, producteur de chromite de qualité chimique et métallurgique.

II.3.2 Gisements de type Alpin

Les massifs de roches basiques et ultrabasiques associés aux chaînes géosynclinales peuvent présenter les restes d’une structure analogue à celle des complexes stratiformes, suggérant un mode de différenciation fondamentalement analogue. En règle générale, cependant, les différents types de roches présents forment rarement des bancs réguliers de grande extension

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude latérale mais forment le plus souvent des lentilles ou amas aux contours irréguliers. Là aussi on peut reconnaître un passage plus ou moins progressif des roches les plus basiques de la base (dunites et péridotites) aux roches moins basiques du sommet (pyroxénolites et gabbros).

Les gisements les plus importants sont ceux associés aux massifs ophiolitiques de l’Oural en URSS, contemporains de l’orogenèse hercynienne ; ce sont les principaux producteurs mondiaux de chromite métallurgique (gisements de Kempirsajski au Sud de l’Oural) et de chromite réfractaire (massif de Saranov dans l’Oural du Nord).

En dehors de ces gisements russes, les plus gros massifs chromifères connus sont ceux de Selukwe en Rhodésie du Sud (une douzaine de millions de tonnes de chromite métallurgique) ; de Masinloc (Coto) aux Philippines (près de cinq millions de tonnes de chromite de qualité réfractaire) ; de Tiebaghi en Nouvelle Calédonie; d’Andriamena à Madagascar; de Guleman en Turquie (la plus grosse lentille, Golalan, contenait 1,2 millions de tonnes de chromite métallurgique).

II.3.3 Gisements de chromite détritique

Signalons que l’altération et l’érosion des deux types de gisements précédents, ainsi que celles des roches encaissantes, peuvent donner naissance à des gîtes de chromite détritique en éluvions ou en alluvions, qui ont parfois donné lieu à des exploitations industrielles. La chromite ainsi produite, par suite de la finesse des grains et du ratio généralement médiocre, est destinée généralement à l’industrie chimique.

Les seuls gisements ayant donné lieu à une exploitation relativement importante sont ceux associés au Grand Dyke de Rhodésie du Sud.

II.4 PRODUCTION ET CONSOMMATION MONDIALE

Le marché mondial est depuis quelques années marqué par la hausse des prix des minerais métallifères. Elle a connu une progression de 20 à 50% avec la forte demande en produits métalliques entraînant une pénurie de matières premières.

A la fin de l’année 2010, la production mondiale de chromite a été de 22 millions de tonnes (USGS., 2010).

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Les ressources chromifères mondiales environnent les 12 milliards de tonnes. Environ 90% des réserves mondiales est concentré en Afrique du Sud et au Zimbabwe.

En termes de production, l’Afrique du Sud s’affiche encore en tête de liste suivie par le Kazakhstan et l’Inde. Les autres principaux pays producteurs sont la Turquie, la Finlande, le Zimbabwe, le Brésil, l’Albanie, l’Iran, la Russie, Madagascar, Philippine, la Grèce et l’ancienne Yougoslavie.

Figure 3. Pays producteurs de chromite en 2009 (Source : ICDA, 2009)

Depuis toujours, Madagascar a produit deux types de produits marchands : le concentré de chromite et la chromite rocheuse. Les minerais de chrome sont tous destinés à l’exportation. La KRAOMA est le seul exploitant et producteur de chromite à Madagascar et exporte vers l’Europe et le Japon (destinataire des 40% de la vente). Les autres clients de la KRAOMA sont la Suède et principalement la Chine.

Le tableau suivant résume les normes des produits de chromite que Madagascar importe par l’intermédiaire de KRAOMA.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Tableau 4. Caractéristiques des produits de la KRAOMA (source : KRAOMA) Produits Concentré Rocheux

Cr 2O3 49% minimum 42% minimum

Cr/Fe 2,4 2,5

SiO 2 6% maximum 12 – 14%

Al 2O3 13 – 16% 13 – 16%

MgO 12 – 14% 17 – 20%

FeO 17 – 18% 13 – 16%

P 0,009% maximum 0,007% minimum

H2O 6% 1% maximum

Granulométrie 90% entre 40 et 1000µm 70% entre 15 – 25 mm

30% moins de 25 mm

Du point de vue consommation, les Etats unis sont les plus grands pays clients de produits chromifères de tous types que ce soit minerai de chrome, chrome chimique, chrome métal ou ferrochrome. Et ceux-ci sont estimés à 10% de la consommation mondiale. Les autres pays consommateurs sont la France, le Canada, la Chine, le Japon, l’Allemagne et la Norvège.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Tableau 5. Réserves et production mondiale de chromite (Source : USGS, 2010)

Production Mondiale Réserves mondiales

[Mt] (exportation)

2009 2010 [Mt]

Etats-Unis - - 0. 62

Inde 3.76 3. 40 44.00

Kazakhstan 3. 33 3. 80 180.00

Afrique du Sud 6. 87 8. 50 130.00

Autres pays 5. 34 6. 30 -

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Chapitre III. CADRE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE

Des études effectuées dans la région de Maevatanàna en 1960 par P. BUSSIERE ont conduit à la découverte de plusieurs lentilles de talcschistes ou d’orthoamphibolites à minéralisation chromifères réparties dans trois zones : Ambalaranobe, Beanana et Antanimbary. Les réserves probables estimées sur l’ensemble de la zone étudiée s’élevaient à environ 150.000 tonnes de minerai. La zone d’Antanimbary, plus précisément la zone de Bekapirijy, renfermerait alors 60% des réserves probables estimées. Mais les ratios Cr/Fe très faibles (allant de 0,5 à 1,01) enlevèrent tout intérêt économique à cette découverte.

Notre étude s’est alors intéressée sur la zone d’Antanimbary, dans le secteur de Bekapirijy. Une mission d’échantillonnage et de cartographie a été effectuée sur le lieu par notre équipe de l’ESPA afin d’approfondir les études sur la possibilité de valoriser la chromite de la zone Antanimbary.

III.1 LES CHROMITES DE MADAGASCAR [3] [4] [9] [10] [11]

III.1.1 Historique

Les premiers indices ont été revus lors de la seconde guerre mondiale et l'indication alluviale de Manakana a été étayée en 1948 par la mise à jour un peu plus à l'Est d'une petite chromitite (R. KOENIG).

Il a toutefois fallu attendre les levers à 1/200 000 réalisées en 1954-55 dans la région d'Andriamena et la découverte de nouveaux indices en place et alluvionnaires par P. GIRAUD pour que la profession prenne conscience de leur intérêt minier.

Sous l'impulsion de la Société UGINE (région de Ranomena et Sud Andriamena) et du BRGM (Nord Andriamena), une prospection systématique est aussitôt entreprise et débouche sur de nombreuses découvertes suivies de sondages. La Société UGINE ouvre dès 1957 une première exploitation à Ranomena, puis en 1969 par le biais de sa filiale COMINA. Une seconde à Andriamena (COMINA a été postérieurement nationalisée et a pris le nom de KRAOMA). Dans le même temps, de nouvelles chromitites sont mises en évidence dans les régions de Befandriana-Mandritsara (à partir de 1956), de Mananara (en 1966), de Beforona- Alaotra, de l'Ampasary, de Maevatanàna, et à l'Ouest d'Antananarivo.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

III.1.2 Géologie du précambrien de Madagascar

Madagascar est constitué de deux entités géologiques bien distinctes :

- Le socle cristallin Précambrien, qui est le plus ancien, représente un ensemble cristallin magmatique, métamorphique et sédimentaire, déformé et polystructuré. Cet effet polystructural est affecté par les évènements orogéniques et tectono-métamorphiques successifs du Catarchéen au Néocambrien ; - La partie sédimentaire, qui est la plus jeune, dénommée « la couverture Phanérozoïque de Madagascar » est très peu déformée et est constituée par des sédiments de diverses natures du Paléozoïque à l’Actuel.

Le socle cristallin affleure sur les deux tiers orientaux de l’île, soit environ 400 000 km 2 (Besairie, 1948). Il est essentiellement constitué par des roches intensément déformées par un degré élevé de métamorphisme, en dehors des roches plutoniques variées (granites, gabbros, etc.). Il comprend trois zones de cisaillement majeures: Bongolava-Ranotsara, Maevatanana- Manambondro, et Ampasindava-Brickcaville. (Collins-Windley 2002).

Le raisonnement des connaissances actuelles sur la géologie malgache est basé sur un découpage tectono-métamorphique et des conditions métamorphiques. Les différentes recherches effectuées antérieurement permettent de reconnaître les événements tectoniques récents du socle cristallin :

- Une zone majeure de cisaillement méridienne (Angavo), où les domaines de haute intensité de déformation correspondent aux granites alcalins ; - La structure chevau-décrochante de Ranotsara (Rolin, 1991), qui serait une structure d’accommodation d’un poinçonnage de craton jeune et malléable africain par le Craton froid et rigide de Darwhar (Régnoult, 1991) ; - La zone de cisaillement Betsileo qui affecte le bloc d’Antananarivo et est marquée par le charriage de la nappe d’Itremo (Collins, 2000) ; - Les zones de cisaillement de Sud : Vohibory, Ampanihy et Tranomaro (Martelat, 2000) ; - La suture Betsimisaraka qui limite à l’Est le craton de l’Archéen Inférieur de Darwhar.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Figure 4. Les unités tectono-métamorphiques de Madagascar (D’après Besairie, 1969–1971, 1973; Rolin, 1991; Collins and Windley, 2002).

Shear zone systems: Am = Ampanihy; Be = Betsileo; If-A = Ifanadiana-Angavo; Ra = Ranotsara; V = Vorokafotra.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

III.1.3 Cadre géologique des minéralisations chromifères de Madagascar

Quelle que soit leur importance, tous les indices de Madagascar sont situés au Nord de la ligne Bongolava -Ranotsara qui limite vers le Sud les formations archéennes et les sépare des ensembles protérozoïques. Ils sont plus particulièrement encaissés dans les formations calco- ferro-magnésiennes des groupes andriameniens qui occupent le cœur de quatre grands chenaux synclinoriaux, et plus spécialement ceux d'Andriamena et de l'Androna-Alaotra.

Ces chenaux sont séparés et encadrés par des roches granito-migmatitiques en général d'origine orthogneissique et qui dérivent au moins en partie d'un socle préexistant (Antogilien d'âge supérieur ou égal à 3200 MA). Elles constituent l'armature des axes anticlinoriaux et le soubassement des synclinoriums fortement remobilisées au centre et à l'Ouest, injectées de granitoïdes en lames dont une partie au moins s'est mise en place pendant les événements panafricains. Elles ne sont que peu ou pas déformées à l'Est où l'antériorité à l'Archéen est confirmée par les radiodatations.

Un ensemble basal d'origine paradérivée et à dominante silico-alumineuse, il est pauvre en roches éruptives basiques et ultrabasiques et affleure en placages synclinoriums pinces le long des axes anticlinoriaux ou en bordure de ceux-ci. A la base des remplissages synclinoriaux (zone d'ouverture des synclinoriums centraux et majeure partie des externes).

Un ensemble sommital, résultant du mélange de couches silico-alumineuses et calco- ferromagnésiennes paradérivées (sédiments ou volcanosédiments) et d'intrusions laccolitiques ou lopolitiques différenciées. Celles-ci jalonnent principalement les gouttières synclinales de plissement, présentent une dominante basique et sont particulièrement développées à la latitude d'Andriamena et de l'Alaotra où elles intéressent les quatre synclinoriums archéens.

Les minéralisations chromifères étroitement associées aux roches ultrabasiques se trouvent donc quasi exclusivement encaissées dans l'ensemble supérieur et n'apparaissent qu'a proximité de l'axe des synclinoriums. Les roches éruptives porteuses se sont mises en place avant le début des événements tectono-métamorphiques majeurs, rapportés au cycle archéen puisque :

• elles sont concordantes avec la foliation gneissique et que celle-ci est le plan axial de plis synfoliaux affectant le rubanement primaire (plutonique);

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

• elles sont affectées par un premier métamorphisme granulitique de pression moyenne à forte synchrone de la foliation majeure (il est daté de 2 500 - 2 700 MA).

L'analyse des données disponibles montre que les roches basiques ultrabasiques se présentent:

• en gros lopolites (ou laccolites) stratifiés à dominante noritique (avec ou sans olivine) et différenciations à toutes les échelles vers des termes leucocrates (leuconorite, anorthosite, diorite, granodiorite charnockitique, monzonite) et mélanocrates (pyroxenolite, péridotite). • en lentilles isolées ou lames de faibles dimensions et de composition variable mono à bivariée (acide à ultrabasique). L'une ou l'autre présentation peut dominer ou les deux coexister comme à Andriamena. Les minéralisations chromifères apparaissent indifféremment dans les deux contextes, même si elles sont plus abondantes dans le second (lentilles ultrabasiques isolées ou corps basiques différenciés de faible puissance).

A Andriamena : secteur de loin le mieux étudié, il semble bien que :

• les très grosses (et grosses) chromitites à ratios Cr/Fe élevés soient incluses dans des complexes noritiques stratifiés à dominante gabbroïques et situées au voisinage de leur base (cas de Bemanevika et d'Ankazotaolana, échelonnés le long d'un axe anticlinal tardif reprenant la foliation); • la plupart des petites (inferieures à 200 000 t) soient portées par des ultrabasites peu importantes associées ou non à des norites et parfois même soient isolées dans un encaissant gneissique (écaillage tectonique); leur ratio Cr/Fe est généralement bas ou moyen.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Figure 5. Carte des gîtes de chromite de Madagascar (Source : Chromite de Madagascar. Service de la géologie-SIGM)

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

III.2 LES CHROMITITES D’ANTANIMBARY-MAEVATANANA [5] [6] [7] [8] [10] [11]

III.2.1 Cadre géographique

III.2.1.1 Localisation

La zone d’étude se situe dans le centre Nord-Ouest de Madagascar dans la région de Betsiboka. Le village d’Antanimbary est situé dans le District de Maevatanàna et est localisé à 295 kilomètre d’Antananarivo en bordant la route nationale RN4. Il est délimité au Nord- Ouest par la commune de Maevatanàna II ; à l’Ouest et au Sud-ouest par les communes de Bemokotra et de Mahazoma ; et au Sud-est par la commune d’Antsiafabositra.

Figure 6. Carte de localisation de la Commune rurale d’Antanimbary-District Maevatanàna RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 22

Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

III.2.1.2 Orographie

C’est une région de collines de faibles et moyennes altitudes. L’altitude moyenne est de l’ordre de 375m. Du point de vue morphologique, la région est caractérisée par des plateaux très vallonnés à puissantes couvertures latéritiques. L’érosion est alors à l’origine du relief accidenté présentant des lavaka et qui rendent l’accès à ces zones difficile.

III.2.1.3 Pédologie

La région est caractérisée par une structure synclinoriale. Les sols ferrugineux tropicaux couvrent la région. On peut les classer en deux types:

- Les sols de types latéritiques rouges avec texture argileuse et structure polyédrique : dominant à la périphérie du Plateau.

- Les sols de colluvions à texture sableuse et possédant une structure particulière résultant de l’érosion et couvrant presque partout les bas des collines de Bongolava.

III.2.1.4 Hydrographie

La région possède un réseau hydrographique dense. Il est tributaire du fleuve Ikopa et ses affluents couvrent la totalité de la surface étudiée selon un réseau de forme dendritique. Les cours d’eau sont périodiques, ils ont un débit plus ou moins important durant la saison des pluies (de Décembre à Mai). Le débit de l’Ikopa peut monter jusqu’à 160 m 3/s. Pendant la saison sèche, les cours d’eau sont généralement réduits à des minces filets d’eau et sont presque à sec (20 m 3/s).

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Figure 7. Hydrographie d’Antanimbary (Source : carte géologique de reconnaissance feuille Maevatanàna N42-Andriba N43. Service géologique malgache)

III.2.1.5 Climat

Le climat est dicté par le régime tropical sec de Madagascar. La zone a un climat tropical avec deux saisons bien déterminée : la saison sèche (de Juin à Novembre) et la saison pluvieuse (de Décembre à Mai) mais la région est dominée presque par une saison sèche et chaude.

En hiver, la température minimale varie de l’ordre de 19 à 25 degrés Celsius (°C), et la température maximale est de 33 degrés Celsius. En été, la température maximale peut atteindre 40 degrés Celsius.

III.2.1.6 Végétation

La végétation est assez réduite dans la région. Les collines sont recouverts d’un maigre bozaka et les arbres sont rares et sont parsemés en bouquets, présentant encore des petits lambeaux de forêts dans les vallées.

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

III.2.2 Cadre administratif et socio-économique

La commune d’Antanimbary s’étale sur une superficie d’environ 500 kilomètres carrés. On y a recensé une population d’environ 7926 (2009).

La commune est implantée le long de la RN4 sur une longueur d’environ 50 kilomètres. Elle est composée de 4 villages : le chef-lieu qui est le village d’Antanimbary ; et les trois autres de l’autre côté de la rivière Ikopa comprenant Marosakoa, Antanimbaritsara et Jaomavo Nord.

Photo 1. La commune rurale d’Antanimbary

Notons que des petits villages bordent aussi le fleuve Ikopa ainsi que les rivières environnantes. Ces villages ne comptent que quelques habitants et qui effectuent un mouvement migratoire intense et continu.

La commune, à cause des nombres croissant d’immigrants, connaît alors un taux d’accroissement rapide. 60% de la population est constituées de merina venus d’Antanifotsy- Antsirabe. Le reste est entre autre constitué des Antandroy, Betsileo, Sakalava, Sihanaka et autres.

Concernant l’éducation, on remarque un taux de scolarisation faible. La commune ne possède que 5 écoles primaires publiques (EPP) pour l’éducation de base, un collège d’enseignement général (CEG) et une école primaire privée.

Les hôpitaux n’y existent pas. Il n’y a qu’un seul centre de santé de base ou CSB II public pour les secours d’urgences ou certaines maladies courantes comme le paludisme, et les grippes. RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 25

Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

La région n’est pas favorisée du point de vue communications. Les infrastructures routières y sont insuffisantes : allant de l’axe RN4 il n’y a que des routes d’intérêt communale et les pistes où seules les voitures tout terrains peuvent accéder.

Des services pour la sécurité sont présents dans la commune comprenant une compagnie de gendarmerie nationale, une poste avancée de police, brigade de sécurité routière.

Le réseau d’électricité est asservi par CASIELEC, l’alimentation en eau constitue encore une difficulté, l’eau potable n’étant pas encore accessible dans la région.

L’activité économique principale de la population est l’exploitation de l’or, 85% de la population sont ainsi dans l’orpaillage. Les principaux produits miniers dans la région sont : l’or, les pierres fines comme le cristal de quartz, le béryl et le gypse. Cette région est aussi remarquable en espaces cultivables. La principale culture est le riz. Il y aussi les cultures de manioc, de tabac, de coton, d’arachides et de quelques légumes. Les autres ressources sont représentées par la récolte du raphia et la pêche dans le fleuve Ikopa, la rivière du Jangaloha et les étangs voisins de cette rivière. L’élevage est principalement constitué par les bovins et les volailles.

III.2.3 Contexte géologique

La région étudiée est située sur le socle cristallin. Elle appartient à la ceinture de Maevatanàna, une des composantes de la nappe de Tsaratanàna (Windley et Al., 1999) qui aurait été charriée sur le domaine d’Antananarivo.

III.2.3.1 Domaine d’Antananarivo

Le domaine d’Antananarivo se présente comme un ensemble assez peu différencié de granitoïdes à biotite et/ou amphibole de composition granitique à tonalitique d’âge fini Archéen (~2.5 GA) associés à des gneiss migmatitiques, des métasédiments à sillimanite et cordiérite et des quartzites (Tucker et al., 1999 ; Kröner et Al., 2000). Selon les dernières données du PGRM (Roïg et Al., 2008), le domaine d’Antananarivo a été restructuré par les mêmes évènements qui ont affectés les trois ceintures (Maevatanàna, Andriamena et Befandriana-Alaotra-Beforona) :

- Mise en place des granitoïdes dans le domaine d’Antananarivo (2740 et 2500 Ma)

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

- Magmatisme mafique à intermédiaire (800 Ma) ;

- Mise en place des granites dans le domaine d’Antananarivo (550Ma).

Structuralement, la foliation régionale montre une orientation N-S prédominante, et Goncalves en 2002 y caractérise des géométries en « dômes et bassins » résultant des interférences entre deux phases de plissement.

III.2.3.2 La nappe de Tsaratanàna

C’est un ensemble reconnu pour être l’une des unités tectono-métamorphiques composant le socle cristallin de Madagascar (Collins et Al., 2000). Actuellement, il n’en est plus (PGRM/MEM, 2008) et ce, en raison de caractère allochtone. Essentiellement formé d’un socle migmatitique plus ou moins rubané, il présente des alternances de composantes pétrographiques de méta-ultrabasites et de métabasites de nature supracrustale justifiant un rifting avorté encore immature (Rakotomanana, 1996).Tout en étant considéré comme une « nappe de charriage » (Collins et al., 2000), il est issu d’un magmatisme fini-archéen et serait chariée sur le domaine d’Antananarivo. Le domaine de Tsaratanàna est subdivisé en trois ceintures magmatiques de direction subméridienne appelées respectivement de l’Ouest à l’Est : ceinture de Maevatanàna, ceinture d’Andriamena et ceinture de Befandriana-Alaotra- Beforona.

III.2.3.3 La série de Maevatanàna

La série de Maevatanàna se trouve au Centre Nord-Ouest de l’Ile, limitée dans la partie Sud- est par la série d’Andriba qui constitue son équivalent migmatitique. Cette série a été plissée et métamorphisée par l’orogenèse majeur shamwaienne (2600 MA). Ensuite d’autres événements orogéniques l’auraient affecté :

- L’épisode thermique éburnéen (2000 MA) ;

- L’orogenèse Kibarienne (1200 MA) ; et

- L’orogenèse panafricaine (550 MA).

Leurs effets métamorphiques sont d’une grande complexité. D’après les études géologiques et prospections antérieurement fait (P.Bussière, 1961 et H.Besairie, 1964), complétées par notre recherche lors de la descente sur terrain, notre zone d’étude appartient à la zone

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude supérieure de la série de Maevatanàna dont les principales formations géologiques qui constituent la région comprennent un ensemble de roches métamorphiques bien foliées et schisteuses dont la couleur verte résulte de l’abondance des minéraux verdâtres : disparition de la hornblende et de l’almandin mais apparition de la trémolite, actinote et de minéralisation hydratée(chlorite, séricite, talc).Les principales roches sont des amphibolites, des schistes à trémolite et actinote, des chloritoschistes, des gneiss leucocrates à quartz orientés, des intercalations de quartzites à magnétite. Les veines de quartz concordantes à la formation sont aurifères.

Les formations minéralisées chromifères d’Antanimbary se rapportent à des lentilles d’ultrabasites reprises par le métamorphisme au milieu de la série de Maevatanàna dans le système de Vohibory. Les formations rattachées à ce système importent un ensemble à association minéralogique de faible intensité métamorphique avec migmatisation et granitisation locales qui ne prennent de l’importance que dans la zone d’étude. Cet ensemble comprend de gneiss prépondérants, des micaschistes, des chloritoschistes, des talcschistes et des amphibolites. Le secteur de Bekapirijy est constitué principalement par le massif d’orthoamphibolite qui est la principale roche encaissante de la chromitite.

Figure 8. Carte géologique d’Antanimbary (Source : carte géologique de reconnaissance feuille Maevatanàna N42-Andriba N43. Service géologique malgache)

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

III.2.4 Description des lentilles de chromitites d’Antanimbary

Les formations minéralisées de Bekapirijy se situent à un kilomètre au Sud-ouest d’Antanimbary le long de la rive droite de l’Ikopa.

Les chromitites se présentent en amas lenticulaires qui se succèdent en chapelet conformément à la schistosité générale ou bien ont une forme et orientation quelconque. Elles sont encaissées dans l’orthoamphibolite qui constitue la principale formation géologique de Bekapirijy.

On remarque aussi une couverture latéritique assez épaisse sur l’ensemble de la zone d’étude.

Le tableau suivant résume les caractéristiques géologique et géométrique des lentilles de chromitites.

Tableau 6. Description des lentilles chromifères d’Antanimbary Lentilles Description

Chromite dans amphibolite fibreuse L1 Direction N80°E/plongement 20°S Longueur 30m environ/puissance 3m environ Chromite dans amphibolite avec toit de quartzite à magnétite L2 Direction N70°W/plongement 20°S Longueur 200m environ/puissance 1,5m environ Chromite dans orthoamphibolite avec débit prismatique L3 Direction N20°E/plongement 50°W Longueur 50m /puissance 20m

Chromite dans orthoamphibolite avec débit prismatique L4 Direction N30°E/plongement 80°W Longueur 20m /puissance 10m

Chromite dans orthoamphibolite avec débit prismatique L5 Longueur 200m /puissance 10m Eboulis sur 4000m 2

Chromite dans orthoamphibolite avec débit prismatique L6 Longueur 100m /puissance 10m

Chromite dans orthoamphibolite avec débit prismatique L7 Longueur 50m /puissance 8m

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Partie I. Généralités sur le chrome et la chromite et cadre général de la [Sélectionnez la date] zone d’étude

Les photographies suivantes illustrent la description des chromitites de Bekapirijy :

Photo 2. Bloc de chromitite Photo 3. Ruban de chromitite encaissée

Photo 4. Couverture latéritique

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DEUXIEME PARTIE. ETUDES EXPERIMENTALES

Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date]

Chapitre IV. METHODES EXPERIMENTALES

IV.1 METHODES DE CARACTERISATION DU MINERAI IV.1.1 Etudes sur lames minces

IV.1.1.1 Objectif

L’étude sur lames minces est effectuée dans le but de déterminer les constituants minéralogiques d’une roche. Elle permet de déterminer la taille et la disposition des minéraux dans la roche en observan t les lames sous microscope optique.

IV.1.1.2 Confection des lames minces

Le procédé consiste à fabriquer une lame mince à partir d’une roche donnée . L’objectif est d’obtenir une lame bien nette et fine d’une épaisseur de 30 mm.

La confection des lames m inces comporte les étapes suivantes :

- passer la lame sur le tour lapidaire en utilisant le carborundum 400 AFNOR puis 800 AFNOR ; - vérifier la lame mince de 5 mm plusieurs fois par l'observation microscopique. Dans ce cas, il faut prendre comme repère les minéraux caractéristiques (exemples : F(K) et Quartz ayant respectivement une teinte de polarisation gris, gris blanc et blanc) ; - glisser manuellement la lame sur une plaque de verre enduite de poudre abrasive 800AFNOR jusqu'à l'épaisseur finale de la lame mince (toutes les caractéristiques optiques des minéraux sont bien observées). Cette étape constitue la finition de la confection de la lame mince.

Le diagramme suivant résume les étapes à suivre pour la préparation des lames minces :

ROCHE SCIAGE CONSOLIDATION PARTIELLE DRESSAGE PRÉPOLISSAGE RODAGE COLLAGE (SUCRE + PORTE-OBJET) USINAGE MISE EN ÉPAISSEUR LAME MINCE POLIE

Figure 9. Processus de la confection des lames minces

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IV.1.1.3 Observation sous microscope optique des lames minces

Les échantillons de chromitite d’Antanimbary ont été amenés au laboratoire des Mines où on a pu observer les lames minces sous microscope optique.

Lame AntL2

Photo 5. Lame AntL2 (Observation en LPNA à gauche, observation en LPA à droite)

Lame AntL3

Photo 6. Lame AntL3 (Observation en LPNA à gauche, observation en LPA à droite)

Lame AntL6

Photo 7. Lame AntL6 (Observation en LPNA à gauche, observation en LPA à droite)

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L’observation des lames minces AntL2, AntL3, AntL6 montre les composants minéraux des chromitites d’Antanimbary dont :

 Les minéraux principaux : chromite et chlorite  Les minéraux accessoires : biotite, pyroxène.

IV.1.2 Analyses par la microsonde électronique

IV.1.2.1 Description et fonctionnement de la microsonde électronique

La microsonde électronique JXA - 8100 / 8200 JEOL permet la détermination de tous les éléments du tableau périodique entre Be 5 et U 92 par la combinaison des spectromètres EDS (à dispersion de l'énergie) et WDS (à dispersion de la longueur d'onde).

La microsonde électronique est un outil analytique par laquelle un faisceau d’électrons est émis dans des conditions particulières d’exc itation pour produire des rayonnements X dans un échantillon soumis au bombardement électronique. L’analyse spectrale des rayonnements permet la détermination qualitative et quantitative de la composition chimique sur des volumes de l'ordre de 10µm 3.

En fait, la quantité de rayons X émis est proportionnelle à la teneur de l’élément dans le corps sollicité, donc l'analyse quantitative est obtenue par comparaison avec les échantillons standards de composition connue. Cette technique permet donc l’analyse ponctuelle des cristaux et d’observer les compositions minéralogiques à l’intérieur de l’échantillon.

Figure 10. Vision générale de la microsonde JXA -8100

RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 34

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Figure 11. Vision générale de la colonne de spectromètre à rayon X

IV.1.2.2 Paramètres de fon ctionnement de la microsonde JXA -8100/8200 JEOL

Spectromètre à rayon X à dispersion de la longueur d’onde (WDS) Intervalle spectrométrique des rayons X: 0.087 à 9.3 nm Numéro du spectromètre: 1 à 5 (à balayage)
Spectromètre à rayon X àdispersion d’énergie (EDS)

Résolution énergetique (FWHM): 149 eV (Fe 55 : 5.9 keV à 1000 cps: count -per-second) Dimension maximale de l’échantillon: 100mm X 100mm X 50 mmH Superficie d’analyse: 90mm X 90mm Vitesse maximale de rotation de l’échantillon: 15 mm/s Tension de l’accéleration: 0.0 kV, da 0.2 a 30 kV (0.1 kV pas) Intensité du courant de la sonde: 10 -12 à 10 -5A Stabilité de la sonde: ±0.5 X 10 –3/h, ±3 X 10 –3/12h Résolution des images avec des élect rons secondaires: 6 nm (WD 11mm, 30 kV) Agrandissement: X40 à 300,000 (WD 11mm)

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IV.1.2.3 Résultats des analyses par la microsonde électronique

Des analyses sur roche totale des chromitites d’Antanimbary ont été effectuées avec la microsonde électronique JXA – 8100 / 8200 JEOL du laboratoire de l’Universita Degli di Milano (Italie).

La microsonde électronique a permis de prendre quelques clichés des lames AntL2, AntL4, AntL6 et a permis de confirmer les composants principaux des chromitites d’Antanimbary c'est-à-dire la chromite et le chlorite. L’observation à partir de la microsonde a entre autre permis de découvrir l’existence des minéraux accessoires : amphibole, biotite, ilménite, orthopyroxène, feldspath plagioclase, serpentine et titane.

Photo 8. AntL2D11-AntL6C11 (Vue de gauche à droite)

Photo 9. AntL4A01-AntL4A01 b (Vue de gauche à droite)

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On peut observer que les grains de chromite varient d’environ 150µm à 500µm (libération des grains). Mais on remarque également l’intrusion des impuretés (chlorite) dans les grains de chromite qui est probablement due au métamorphisme qui a affecté notre zone d’étude.

Les tableaux suivants montrent les compositions chimiques de la chromite et du chlorite.

Tableau 7. Analyses représentatives à la microsonde électronique de la chromite d’Antanimbary ANT-L1 ANT-L2 ANT-L3 ANT-L4 ANT-L5 ANT-L6 ANT-L7

SiO 2 0,02 0,07 0,24 0,02 0,02 0,03 0,03

TiO 2 1,07 0,42 0,70 0,48 1,03 0,42 0,85

Al 2O3 3,42 18,69 6,93 13,21 13,23 19,31 11,61

Cr 2O3 34,43 38,71 37,82 42,73 36,58 37,29 43,09

Fe 2O3 28,80 7,78 21,10 10,36 15,30 8,47 10,95

FeO 29,50 32,48 29,92 31,00 31,52 32,10 31,93

MnO 0,50 0,33 0,87 0,53 0,73 0,32 0,55

MgO 1,98 1,61 1,68 1,94 1,72 1,83 1,38

CaO 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00

Na 2O 0,01 0,03 0,02 0,01 0,00 0,03 0,02

K2O 0,00 0,00 0,04 0,01 0,01 0,00 0,00

Total 99,74 100,13 99,34 100,27 100,16 99,81 100,40

Cr 23,56 26,48 25,88 29,23 25,03 25,52 29,48

Fe 43,07468 30,68597 38,01465 31,33939 35,19911 30,873 32,47108

Cr/Fe 0,546864 0,863079 0,680667 0,932821 0,710966 0,82652 0,907924

Le minerai de chromite d’Antanimbary renferme en moyenne 38,66% de Cr 2O3. On observe que la teneur en oxyde de fer est très haute, qui en moyenne est 31,19% de FeO. Les ratios Cr/Fe varient de 0,54 à 0,90. On remarque entre autre que la teneur en silice dans la chromite est très basse de l’ordre de 0,06% SiO 2 en moyenne.

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Tableau 8. Analyses à la microsonde électronique du chlorite ANT-L1 ANT-L2 ANT-L3 ANT-L4 ANT-L5 ANT-L6 ANT-L7

SiO 2 31,01 28,37 28,74 29,47 29,30 28,61 29,30

TiO 2 0,02 0,11 0,09 0,08 0,07 0,10 0,07

Al 2O3 18,00 21,52 20,51 20,05 20,05 21,01 19,94

Cr 2O3 1,65 1,65 1,42 1,60 1,41 1,37 1,71

Fe 2O3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

FeO 4,03 9,66 5,89 6,53 7,21 9,32 7,53

MnO 0,00 0,04 0,08 0,04 0,07 0,02 0,03

MgO 31,01 26,69 28,85 29,25 28,25 26,61 27,94

CaO 0,03 0,01 0,01 0,02 0,03 0,02 0,04

Na 2O 0,00 0,00 0,00 0,02 0,02 0,00 0,00

K2O 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00

H2O 12,37 12,36 12,25 12,42 12,28 12,24 12,26

Total 98,12 100,41 97,85 99,49 98,69 99,31 98,82

Les analyses du chlorite, minéral principal de la gangue, ont montré que la silice est concentré presque en totalité dans celui-ci. La teneur en SiO2 est de 28,97% en moyenne. On peut également observer des teneurs basses en Cr 2O3 et en FeO, qui respectivement, sont en moyennes de 1,52% et 7,69%.

Etant la principale gangue de notre minerai, nous allons décrire quelques propriétés physiques et chimiques du chlorite.

Tableau 9. Quelques propriétés physiques et chimiques du chlorite

Formule chimique (Mg,Al,Fe) 6(Si,Al) 4O10 (OH) 8

Classification chimique Famille des phyllosilicates

Système cristallin Monoclinique

Couleur Vert foncé, parfois gris vertdâtre à noir

Dureté 2 à 2,5

Densité 2,6 à 3,3

Susceptibilité magnétique 0,11 à 0,32.10 -6

Variétés Clinochlore, ripidolite, chamosite, pennine

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IV.2 TRAITEMENT DE MINERAI

IV.2.1 Définitions et principe

C’est l’ensemble des techniques de traitement de matières minérales brutes ayant pour objet d’obtenir par voies physiques, chimiques ou thermiques des produits directement utilisables par l’industriel ou transformables par le métallurgiste.

Le minerai est une matière minérale solide, naturelle, composée d’un certain nombre de minéraux utiles (de valeur) ou non (gangue), susceptible d’être économiquement exploitée.

Le concentré est constitué en majeure partie du minéral valorisable. Il est caractérisé par la dimension, la teneur,….

La concentration consiste en l’accroissement de la teneur en minéral de valeur par élimination d’une partie de la gangue.

Le principe de concentration s’appuie sur l’exploitation des propriétés physiques et chimiques du minerai à traiter.

Le traitement de minerai suit les étapes suivantes :

- Préparation mécanique du minerai, qui consiste à procéder à la fragmentation du minerai ; - Concentration du minerai que l’on peut également appeler enrichissement ou valorisation.

IV.2.2 Préparation mécanique du minerai

IV.2.2.1 Fragmentation [13] [14] IV.2.2.1.1 Définitions La fragmentation est l’ensemble des opérations ayant pour but, grâce à l’application de contraintes mécaniques externes, de réaliser :

- soit la division d’une masse solide en fragments de dimension maximale déterminée ; - soit la réduction d’une dispersion solide existante jusqu’à des éléments de plus petit volume unitaire.

Les appareils de fragmentation mécanique sont classés en :

- concasseurs, opérant une fragmentation grossière jusqu’à des calibres de 25 et 150mm ;

RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 39

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- granulateurs, opérant la réduction en fragments de calibre pouvant aller de 6,3mm jusqu’à 25mm ; - broyeurs, donnant des produits de 0,2 à 6,3mm ; - pulvérisateurs, ou moulins opérant la réduction en poudre de calibre : 0 à 200µm ; - atomiseurs, pouvant donner des calibres descendant l’ordre du µm.

IV.2.2.1.2 Objectifs  obtenir une réduction de la dimension des corps solides en vue de faciliter leur conditionnement ;  obtenir la libération des minéraux de valeur dans le cas de minerais à concentrer.

Figure 12. Libération des particules

IV.2.2.1.3 Préparation mécanique des échantillons de chromitites d’Antanimbary On a prélevé des échantillons représentatifs pour chaque lentille en vue du traitement magnétique.

Tableau 10. Echantillons initiaux Désignation lentilles Poids (g)

CHRANT L1 2882,5

CHRANT L2 2922,2

CHRANT L3 3150,6

CHRANT L4 3715,1

CHRANT L5 2898,5

CHRANT L6 2131,8

CHRANT L7 2981,4

Total 20682,1

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Le but de la préparation mécanique est de réduire le minerai à une granulométrie correspondant à la libération des grains de chromite (variant de 150µm à 500µm).

Ainsi on a procédé à des opérations de fragmentation (concassage, broyage), associées à des opérations de classification (tamisage, quartage, pesage) pour obtenir une population homogène et possédant des caractéristiques favorables pour la séparation.

Le concassage est un ensemble d’opérations qui délivrent des particules de dimensions inférieures au centimètre. Il est impossible de réduire des morceaux de très gros calibre en une seule opération. L’opération de concassage des échantillons de chromite provenant d’Antanimbary s’est donc effectuée en deux étapes successives :

- Un concassage primaire effectué manuellement à l’aide d’un marteau. - Un concassage secondaire avec un concasseur à mâchoire à une ouverture de 2,5 mm.

Une balance électrique est utilisée pour tous les besoins de pesage de précision. Aussi, les échantillons initiaux de chromitites d’Antanimbary sont passés dans une étuve à 60°C pendant 16 heures afin d’être séchés. L’opération de séchage se fait dans le but d’éliminer toute humidité qui pourrait occasionné des gênes avec l’utilisation de diverses machines et appareillages et aussi d’avoir le poids exact de l’échantillon à traiter.

IV.2. 2.2 Analyse granulométrique IV.2.2.2.1 Définition et objectif de l’analyse granulométrique L’analyse granulométrique consiste à déterminer la distribution dimensionnelle des grains.

On appelle refus la quantité de matériau qui est retenue sur le tamis. Le tamisat ou passant est la quantité de matériau qui passe à travers le tamis.

IV.2.2.2.2 Principe La classification granulométrique consiste à fractionner au moyen d'une série de tamis un matériau en plusieurs classes granulaires de tailles décroissantes. Les masses des différents refus et tamisats sont rapportée s à la masse initiale du matériau. Les pourcentages ainsi obtenus sont exploités sous forme graphique. On choisit les dimensions des mailles et le nombre des tamis en fonction de la nature de l’échantillon et de la précision attendue.

RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 41

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Figure 13. Principe de classification granulométrique

IV.2.2.2.3 Méthodes de calcul

 Peser le refus du tamis ayant la plus grande maille ;  Poursuivre la même opération avec tous les tamis de la colonne pour obtenir les masses des diff érents refus cumulés ;  Les masses des différents refus cumulés sont rapportées à la masse totale de l’échantillon ;  Les pourcentages de refus cumulés ainsi obtenus sont inscrits. Le pourcentage des tamisats cumulés sera déduit :

Pourcentage tamisats cumulés = 100 – pourcentages des refus cumulés

é Pourcentages des refus cumulés = 100 ′é

IV.2.2.2.4 Tamisage des échantillons de chromitites d’Antanimbary Le tamisage a été réalisé au moyen d’une série de tamis AFNOR NFX 11504 dont les dimensions d’ouverture sont : 2,5 mm – 1 mm – 0,500 mm – 0,250 mm – 0,100 mm. Un appareil Rotap a été utilisé comme support du tamisage.

Les résultats sont reportés dans les tableaux 11 et 12.

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Tableau 11. Répartition granulométrique I

Lentilles Prises Poids Ouver ture Masse Pourcentage Pourcentage Pourcentage (g) rec . (g) (mm) retenue (g) re tenu (%) cumulatif cumulatif re tenu (%) passant (%) 116,8 2,5 32,7905671 32,7905671 67,2094329 70 1 19,65188097 52,44244806 47,55755194

44,6 0,500 12,52105559 64,96350365 35,03649635 357,5 356,2 39,2 0,250 11,00505334 75,96855699 24,03144301

CHRANT CHRANT L1 21,2 0,100 5,951712521 81,92026951 18,07973049 64,4 D < 0,100 18,07973049 100 0

121,9 2,5 35,37434707 35,37434707 64,62565293 78,6 1 22,80905398 58,18340104 41,81659896

47,9 0,500 13,90017411 72,08357516 27,91642484 347,2 344,6 34,9 0,250 10,12768427 82,21125943 17,78874057

CHRANT CHRANT L2 19 0,100 5,513639002 87,72489843 12,27510157 42,3 D < 0,100 12,27510157 100 0

156,9 2,5 40,2617398 40,2617398 59,7382602 70,3 1 18,03951758 58,30125738 41,69874262

30,6 0,500 7,852193995 66,15345137 33,84654863 392,6 389,7 39,1 0,250 10,03335899 76,18681037 23,81318963

CHRANT CHRANT L3 37,1 0,100 9,5201437 85,70695407 14,29304593 55,7 D < 0,100 14,29304593 100 0

147,9 2,5 43,82222222 43,82222222 56,17777778 65,4 1 19,37777778 63,2 36,8

30,7 0,500 9,096296296 72,2962963 27,7037037 340,5 337,5 30,6 0,250 9,066666667 81,36296296 18,63703704

CHRANT CHRANT L4 20,2 0,100 5,985185185 87,34814815 12,65185185 42,7 D < 0,100 12,65185185 100 0

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Tableau 12. Répartition granulométrique II

Lentilles Prises Poids Ouver ture Masse Pourcentage Pourcentage Pourcentage (g) rec . (g) (mm) retenue (g) re tenu (%) cumulatif cumulatif re tenu (%) passant (%) 169,5 2,5 38,26185102 38,26185102 61,73814898

91,7 1 20,69977427 58,96162528 41,03837472

33,4 0,500 7,539503386 66,50112867 33,49887133 448,1 443 35 0,250 7,900677201 74,40180587 25,59819413 CHRANT CHRANT L5 34,9 0,100 7,878103837 82,27990971 17,72009029 78,5 D < 0,100 17,72009029 100 0

58,8 2,5 25,50976139 25,50976139 74,49023861

56,6 1 24,55531453 50,06507592 49,93492408

25,3 0,500 10,97613883 61,04121475 38,95878525 231,8 230,5 24,3 0,250 10,54229935 71,5835141 28,4164859 CHRANT CHRANT L6 24,9 0,100 10,80260304 82,38611714 17,61388286 40,6 D < 0,100 17,61388286 100 0

134,2 2,5 34,03499873 34,03499873 65,96500127

86,4 1 21,91224956 55,94724829 44,05275171

32,2 0,500 8,166370784 64,11361907 35,88638093 395,4 394,3 24 0,250 6,086735988 70,20035506 29,79964494 CHRANT CHRANT L7 36,7 0,100 9,307633781 79,50798884 20,49201116 80,8 D < 0,100 20,49201116 100 0

IV.2.2.2.5 Tracé de la courbe granulométrique

Il suffit de porter les divers pourcentages des passants cumulés sur une feuille semi- logarit hmi qu e : • en abscisse : les dimensions des mailles, échelle logarithmique ;

• en ordonnée : les pourcentages des cumulatifs passants sur une échelle arithmétique.

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Tableau 13. Dimension moyenne des échantillons

Ouverture de tamis >2,5 [2,5 – 1] [1 – 0,5] [0,5 – 0,25] [0,25 – 0,1] <0,1

Ouverture 3,53553 1,5811388 0,7071068 0,3535534 0,1581139 0,07071 moyenne [mm]

100

80

Lentille1 60 Lentille2

Lentille3

40 Lentille4

Cumulatif passant Cumulatif Lentille5 Lentille6 20 Lentille7

0

0,07 0,7 7

Ouverture de Tamis

Figure 14. Courbe granulométrique

On observe à partir de la courbe granulométrique que les sept lentilles ont des comportements mécaniques assez semblables. On remarque entre autre que 14% des grains sont de dimension inférieure à 100µ.

On a effectué des analyses chimiques des répartitions granulométriques de la lentille 3 et on a obtenu les teneurs en Cr 2O3 suivantes :

RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 45

Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date]

Tableau 14. Teneur en Cr 2O3 des ouvertures de tamis

Ouverture 3,53553 1,5811388 0,7071068 0,3535534 0,1581139 0,07071 moyenne [mm]

Teneur Cr 2O3[%] 12,66 27,85 40,51 49,86 30,38 13,92

On remarque des teneurs en Cr 2O3 supérieures entre 158µ et 707µ variant de 30,38% à 49,86%.

IV.2. 3 Différents procédés de valorisation de minerai

IV.2. 3.1 Concentration gravimétrique [ 1 5 ]

La concentration gravimétrique s’effectue dans un champ de forces de masse, en général celui de la pesanteur, combiné à l’action d’autres forces telles que la résistance offerte par le fluide (en général de l’eau pour la gravimétrie en voie humide, plus rarement de l’air pour la gravimétrie en voie sèche) au mouvement des grains à séparer ou les forces de frottements entre ces particules et une surface support fixe ou mob ile. Lorsqu e la pesanteur ne suffit pas, on a recours à une force centrifuge. On distingue les méthodes suivantes :

- Milieu dense : la séparation est réalisée dans un liquide de masse volumique déterminée ; - Accélération différentielle : on soumet les particules à séparer à des mouvements oscillants (pulsions-succions) verticaux imposés au liquide. Le mouvement périodique provoque alors une sédimentation différentielle entre phases lourdes et phases légères ; - Nappe pelliculaire fluante : la longueur du parcours effectué par une particule plongée, sur un plan incliné, dans un film liquide qui s’écoule à sa surface, dépend de deux facteurs principaux :  Le temps mis par la particule pour atteindre la surface du plan incliné (en fonction de sa mass e volumique, de sa granulométrie, de son coefficient de forme, etc.…) ;  La résistance à l’avancement de la particule.

RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 46

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IV.2. 3.2 Séparation magnétique

La séparation magnétique est un procédé technique qui exploite la force engendrée par un système magnétique pour séparer des particules de propriétés magnétiques différentes.

Les grains de minéraux sont soumis à un champ magnétique dans un séparateur magnétique. Les particules son t séparées suivant leurs propriétés magnétiques.

IV.2. 3.3 Flottation [1 6]

La flottation est une méthode de séparation de solides qui utilise des différences de propriétés des interf ace s entre les solides, une solution aqueuse et un gaz (habituellement l’air).

On met en suspension dans l’eau les particules solides que l’on désire séparer, et qui doivent être idéalement constituées d’une seule phase. On traite la pulpe avec des réactifs chimiques (phase de conditionnement) dont le rôle est de rendre hydrophobe la surface des solides, de manière à ce qu’elle ait une plus grande affinité pour l’air que pour l’eau.

Les autres réactifs (modificateurs) sont utilisés afin de rendre sélective l’action du ou des collecteurs par activation ou par dépression. Un solide est activé lorsque, ne flottant pas avec une combinaison donnée de réactifs comprenant un collecteur, l’addition d’un nouveau réactif (activant) le fait flotter. Un solide est déprimé lorsque, flottant avec une combinaison donnée de réactifs, l’addition d’un nouveau réactif (déprimant) l’empêche de flotter.

La pulpe conditionnée est ensuite introduite dans des cellules de flottation (réacteurs munis d’agitateurs, de diaphragmes ou d’électrodes qui dispersent ou engendrent des bulles d’air dans la suspension). Les bulles d’air, dont la dimension est contrôlée par le mode d’introduction, l’agitation et la présence d’un agent surfractant à l’interface liquide/gaz (moussant), vont se fixer sur les particules à surface hydrophobe. L’ensemble particule + bulle flotte à la surface du réacteur sous l’action de la poussée d’Archimède.

IV.2.3.4 Critères de choix de la méthode par séparation magnétique Les études de caractérisation de la chromite d’Antanimbary ont révélé des caractéristiques particulières du minerai. On a trouvé que le tout venant est principalement constitué de la chromite et du chlorite. Les propriétés physiques de chaque constituant laisse remarquer que les deux corps ont des susceptibilités magnétiques différentes dont χ =0,32 à 0,38.10 -6 pour la chromite et χ =0,11 à 0,32.10 -6 pour le chlorite.

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Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date]

La concentration de la chromite, c'est-à-dire la séparation de la chromite du chlorite, est envisageable avec la méthode de séparation magnétique.

IV.3 LA SEPARATION MAGNETIQUE [17]

IV.3. 1 Principe s physi que s de la sé pa ration magne tique

IV.3. 1.1 Propriétés magnétiques de la matière

IV.3.1.1.1 Lois magnétiques
Champ magnétique, induction magnétique Pour décrire une excitation magnétique, deux entités différentes sont utilisées : le champ magnétique et l’induction magnétique qui, dans le vide, ne sont pas indépendantes, mais liées par l’équation :

=µ 0

−7 −1 Avec µ 0 perméabilité du vide égale à 4 π × 10 H · m .

Aimantation d’un corps Quand une matière est soumise à l’influence d’une induction magnétique, chaque élément de volume dV acquiert un moment magnétique :

= .dV

On dit alors que la matière s’aimante et que, d’une manière générale, cette aimantation est proportionnelle à la valeur du champ magnétique :

= κ.

Avec κ susceptibilité magnétique de la matière considérée (notée aussi χ dans la littérature).La susceptibilité magnétique peut être exprimée par rapport à l’unité de masse ; on parle alors de susceptibilité magnétique massique ou spécifique χ (χ = κ/ρ ; avec ρ masse volumique du corps considéré).

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Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date]

IV.3.1.1.2 Classification des corps Dans l’exposé des propriétés magnétiques de la matière, il convient de distinguer le diamagnétisme, attribuable au moment induit dans les atomes par le champ magnétique, du paramagnétisme, qui est dû à l’action du champ sur les moments magnétiques permanents des atomes et qui tend à les aligner dans sa propre direction malgré l’agitation thermique. Quand les actions mutuelles entre les moments atomiques sont suffisamment intenses pour participer à cet alignement, on est en présence du ferromagnétisme, caractérisé par l’existence d’une aimantation spontanée en l’absence de champ extérieur et par des phénomènes d’hystérésis. L’existence de champs moléculaires locaux, caractéristiques de chacun des différents sites cristallins, permet d’interpréter l’antiferromagnétisme et le ferrimagnétisme.

Les substances diamagnétiques et paramagnétiques présentent une aimantation proportionnelle à la valeur du champ magnétique. Ces corps ont une valeur de susceptibilité magnétique spécifique :

- négative pour les éléments diamagnétiques (− 2×10 −9 à – 7×10 – 9 m3 ⁄ kg) ; - positive pour les éléments paramagnétiques (0,1×10 −6 à 5×10 –6 m3 ⁄ kg).

Cette valeur peut varier en fonction des impuretés ou des modifications du réseau cristallin.

Les substances antiferromagnétiques comme la sidérose FeCO 3, ou comme divers oxydes,

MnO, NiO, Cr 2O3 par exemple, se comportent macroscopiquement, à température ambiante, comme des corps paramagnétiques.

Pour les corps ferromagnétiques et les corps ferrimagnétiques, l’aimantation est une fonction très complexe de la température, du champ magnétique appliqué et de l’aimantation antérieure. Ces éléments, comme le fer, le nickel et le cobalt, sont caractérisés par une courbe d’aimantation et de désaimantation (cycle d’hystérésis) dont les points principaux sont l’aimantation à saturation M s et l’aimantation rémanente M r, qui subsistent en l’absence de champ magnétique, et le champ magnétique coercitif H c, qui annule l’aimantation.

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Tableau 15. Susceptibilités magnétiques spécifiques χ de quelques minéraux (χ >0) ou diamagnétiques (χ<0) [Source : Technique de l’ingénieur]

IV.3.1.1.3 Expression de la force magnétique La force d’attraction magnétique dipolaire agissant sur une particule paramagnétique dans le vide est donnée par :

m = . dV (1)

Avec champ magnétique ; Volume de la particule.

Le vecteur est la polarisation magnétique :

κ μ 1 κ

Avec D le coefficient de démagnétisation des particules.

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Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date]

est l’opérateur gradient agissant sur un scalaire Φ :

Φ = grad Φ = + +

Avec , , vecteurs unitaires dans les directions x, y, z.

L’intégration se fait sur le volume de la particule. Si celui-ci est petit, elle peut être assimilée

à un dipôle magnétique de moment = V . La force sur le dipôle est alors :

m = ( . ) (2)

En combinant, pour une particule sphérique (D = 1/3), l’équation (2) avec l’expression de (1), on obtient :

= (3) m .

Comme κ ≈1, on peut écrire :

2 m = (H ) (4) μ κ V

2 Ou m = grad (H ) μ κ V

IV.3.1.2 Bases théoriques de la séparation magnétique

Un séparateur magnétique est un appareil qui modifie les caractéristiques du champ magnétique dans l’espace de traitement. Il engendre en particulier un champ magnétique agissant de façon sélective sur les corps qui présentent la plus grande aptitude à l’aimantation. Dans les opérations de tri magnétique (concentration ou épuration), la séparation est obtenue en appliquant à toutes les particules contenues dans un mélange une force magnétique d’expression générale :

2 = V ( - )grad (H ) (5) m μ p κ

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D coefficient de démagnétisation des particules;

Vp, κ volume et susceptibilité magnétique du corps considéré ; Susceptibilité magnétique du fluide (air ou eau). κ En plus de cette force d’attraction, qui agit sur les particules magnétiques, s’applique, à toutes les particules magnétiques ou non, une combinaison de forces agissant dans différentes directions et dont les plus fréquemment rencontrées sont :

3 • la force de gravité : = ( - )

• la force centrifuge : R

• la force d’entraînement par le fluide : 6 π Rp R rayon du tambour (ou cylindre) de séparation;

Rp rayon de la particule;

Accélération due à la pesanteur ; et vitesses de la particule et du fluide ; vitesse angulaire de la particule ; et masses volumiques de la particule et du fluide ; viscosité dynamique du fluide.

Pour que la séparation ait lieu, il est nécessaire que la valeur de la force magnétique soit supérieure à la somme des forces antagonistes, développées par le système, et des forces interparticules.

La valeur du facteur de démagnétisation D dépend de la forme du corps et varie entre 0 et 1.

−6 −6 Les valeurs de κ sont très faibles (0,4×10 pour l’air et −9,0×10 pour l’eau) et peuvent

être négligées. Cela permet de simplifier l’expression de [relation (5)] en considérant trois cas particuliers :

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Corps faiblement magnétiques pour lesquels κ≈1; on a :

2 m = grad (H ) μ κ
Corps fortement magnétiques pour lesquels ≈ µ (>> 1) ; d’après la relation : κ r = . ≈D-1 μ et on peut écrire :

- pour H ≈ DM sat : = D-1grad(H 2) m μ

- pour H > DM sat : = . (H) m μ

Avec M sat aimantation à la saturation.

Figure 15. Schéma de principe de séparation

Particules mixtes : la description du comportement de telles particules est complexe et, dans la plupart des cas pratiques rencontrés, les expressions précédentes peuvent être utilisées en fonction du degré de mixité des éléments. Dans les cas de mixité ferromagnétique importante, il est préférable d’exprimer la force magnétique en fonction de l’aimantation spécifique M ′ (M ′= M ⁄ ) à saturation et de la masse m de la particule : = . (H) m μ m

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IV.3.1.3 Systèmes magnétiques et classification des séparateurs

IV.3.1.3.1 Sources de champs magnétiques L’organe essentiel d’un séparateur magnétique est la source de champ magnétique à l’origine de la force utilisée pour la séparation ; trois dispositifs peuvent être employés : des aimants permanents, des électroaimants (circuits magnétiques conventionnels) ou des solénoïdes (bobines en cuivre ou supraconductrices).

Les aimants permanents sont des matériaux caractérisés par une induction magnétique rémanente Br les rendant aptes à créer un champ magnétique sans dépense d’énergie. Les matériaux à aimants permanents les plus couramment utilisés actuellement sont constitués d’alliages céramiques de type Co5RE (où RE est un élément de terres rares : Sm, Sr, Ce, Nd, etc.) ou fer – néodyme (Fe – Nd) dont les intensités de champ magnétique peuvent atteindre 1200 kA/m et la valeur de grad(H 2) 1,3.10 17 A2/m 3. Dans les séparateurs magnétiques, les aimants permanents peuvent être montés avec pièces polaires (H > 800 kA/m). Sans pièces polaires, les lignes de champ magnétique se propagent loin dans l’espace (champ magnétique profond) et les valeurs maximales du champ magnétique ne dépassent pas 200 kA/m.

L’électroaimant ou circuit magnétique conventionnel, quant à lui, est composé d’une ou de deux bobines en cuivre résistif entourant un noyau de fer doux (µ r = B/µ 0.H très élevé). Ces systèmes magnétiques conventionnels sont capables de créer un champ magnétique d’environ 1600 kA/m.

Le solénoïde est une bobine d’induction constituée d’enroulements de fils conducteurs en cuivre résistif ou en alliage supraconducteur (Nb – Ti). Le solénoïde présente l’avantage d’effectuer la séparation à l’intérieur même de la bobine d’induction et peut générer sans difficulté un champ magnétique de plus de 4000 kA/m.

Les aimants permanents (céramiques) sont employés dans le domaine de la séparation à basse intensité, mais aussi de plus en plus dans le domaine de la haute intensité, car la consommation d’énergie est quasi nulle. Les électroaimants et les solénoïdes offrent une grande souplesse de réglage mais consomment de l’énergie et demandent parfois à avoir une forte puissance installée avec un redresseur et un stabilisateur de courant ainsi que des systèmes de refroidissement en eau désionisée (pour les bobines en cuivre). Les bobines supraconductrices présentent l’avantage de développer un champ magnétique élevé avec une consommation d’énergie électrique quasi nulle. Ces systèmes offrent donc l’avantage d’une

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Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date] puissance électrique nécessaire réduite et d’une réduction de poids et de volume (suppression du circuit de fermeture du champ magnétique en fer doux).

IV.3.1.3.2 Classification des séparateurs Plusieurs critères de classement peuvent être utilisés : l’intensité du champ magnétique, le milieu de séparation (eau ou air), le mode de fonctionnement (extraction ou déviation), le générateur de champ magnétique, etc.

Les relations de la force magnétique montrent que cette dernière dépend de deux facteurs principaux :

- la matière (ou la particule) par sa susceptibilité magnétique et son volume ; 2 - le séparateur magnétique, par le produit µ 0 grad(H ), c’est-à-dire par la forme de son champ magnétique.

Les séparateurs magnétiques peuvent donc se classer en trois grandes familles (tableau 5) :

 les séparateurs à basse intensité (aimant permanent) avec :

2 4 6 3 µ0 grad(H ) ≈ 2 × 10 à 10 N/m ;

 les séparateurs à haute intensité (électroaimant ou aimant permanent) en céramique avec:

2 7 9 3 µ0 grad(H ) ≈ 2 × 10 à 4 × 10 N/m ;

 les séparateurs à haut gradient et/ou à haut champ (solénoïde) avec :

2 10 12 3 µ0 grad(H ) ≈ 6 × 10 à 10 N/m .

Pratiquement, les séparateurs magnétiques à basse intensité ne peuvent convenir que pour les traitements (concentration ou épuration) de produits fortement magnétiques (ferromagnétiques ou ferrimagnétiques) alors que les particules faiblement magnétiques (paramagnétiques) ne peuvent être traitées (en fonction de leur taille) que par des séparateurs à haute intensité ou à haut gradient.

Les séparateurs à haut gradient (bobines en cuivre ou supraconductrices) sont mieux adaptés aux traitements d’épuration de particules ultrafines contenues dans une dispersion solide ou un fluide.

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Tableau 16. Différents types de séparateurs magnétiques [Source : Technique de l’ingénieur]

IV.3.2 Technologies des séparateurs magnétiques

IV.3.2.1 Séparateurs magnétiques à basse intensité (SMBI)

IV.3.2.1.1 Séparateurs en voie sèche
Déferrailleurs Ces machines travaillent en régime automatique et continu pour éliminer ou séparer soit des éléments ferreux contenus dans des déchets métalliques, des ordures ménagères ou des scories ou sables de fonderie, soit pour enrichir des minerais ferrimagnétiques en gros morceaux. Le système magnétique peut être constitué d’aimants permanents ou d’électroaimants.

Suivant la conception du système magnétique, le champ magnétique peut être plus ou moins profond et d’intensité plus ou moins élevée (par exemple de 80 kA/m à 100 mm de la surface à 40 kA/m à 175 mm). Ces séparateurs sont capables de traiter des produits grossiers (200 mm de dimension) à un débit de l’ordre de 200 à 300 t · h −1 · m −1.

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Figure 16. Appareils déferrailleurs

Séparateurs à tambour Les débits sont de l’ordre de 200 à 300 t · h −1 · m −1 et les vitesses périphériques varient de 0,6 à 2,2 m/s.

Les séparateurs magnétiques à basse intensité, de type classique, n’agissent de façon efficace que sur les corps ferrimagnétiques qui sont le siège de forces importantes, même dans des champs magnétiques faibles et peu convergents (H ≈ 300 kA/m et grad(H 2) ≈ 2 × 10 11 A2/m 3).

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Figure 17. Séparateurs à basse intensité en voie sèche à tambour

IV.3.2.1.2 Séparateurs en voie humide La séparation en voie humide est généralement employée chaque fois que la granulométrie du produit à traiter devient fine et que la séparation en voie sèche devient inopérante du fait de la gêne créée par l’attraction électrostatique entre les particules, ou que le produit à traiter est déjà sous forme de pulpe minérale.

Les principaux domaines d’utilisation en minéralurgie sont :

— l’enrichissement de minerais de fer à base de magnétite ou pyrrhotine dont la granulométrie est inférieure à 1 mm ;

— la purification de produit et la récupération de la magnétite ou du ferrosilicium utilisés dans les ateliers de traitement en milieu dense (cf., dans ce traité, article Concentration gravimétrique).

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Les trois principales forces mises en œuvre sont la force d’attraction magnétique, la force d’entraînement fluide et la force centrifuge de la virole. Les débits spécifiques des produits à traiter en pulpe se situent entre 100 et 200 m 3 · h −1, ce qui donne, en fonction de la concentration solide (25 à 50 %), de la vitesse périphérique du tambour (de diamètre 600 à 1 500 mm) et du type de traitement, des capacités de produit sec variant de 1 à 120 t · h −1 · m −1.

Ces appareils à champ magnétique profond et à pôles alternés longitudinaux permettent d’obtenir soit des concentrés à haute teneur, soit des stériles parfaitement épurés.

Figure 18. Séparateurs à basse intensité en voie humide

IV.3.2.2 Séparateurs magnétiques à haute intensité (SMHI)

Ces séparateurs à circuits conventionnels sont à champ magnétique fermé d’une intensité allant de 400 kA/m à 1 600 kA/m pour une consommation énergétique comprise entre 0,5 et 2,5 kWh par tonne traitée. Les débits solides varient quant à eux suivant le mode de séparation et l’opération de traitement (concentration, épuration) entre 6 et 180 t/h.

L’alimentation des séparateurs ne doit pas comporter un trop fort pourcentage de particules ferromagnétiques ou ferrimagnétiques (< 0,5 %).

En effet, la rémanence de ces circuits ne permet pas de les éliminer complètement et leur présence risque de colmater les appareils. Il est souvent conseillé de faire passer préalablement l’alimentation dans un séparateur magnétique à basse intensité.

Dans le cas des séparateurs magnétiques à haute intensité, le dispositif générateur du champ magnétique est soit :

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— un électroaimant ou circuit magnétique conventionnel, qui est composé d’une ou de deux bobines en cuivre résistif entourant un noyau de fer doux (µ r =B/µ 0H très élevé).

— un aimant permanent à forte énergie spécifique (BH) et à grande résistance à la démagnétisation (H c).

IV.3.2.2.1 séparateurs à circuits conventionnels (électroaimants) IV.3.2.2.1.1 Séparateurs en voie sèche
Séparateur travaillant par extraction Ce sont principalement les séparateurs à bandes transversales et à disques. Ces séparateurs sont équipés d’une bande convoyeuse passant entre les deux pôles d’un électroaimant (entrefer) et soit d’une bande se déplaçant sur la pièce polaire supérieure et transversalement à la bande principale, soit d’un disque denté tournant au-dessus. L’alimentation du minerai se fait en couche mince (1 à 1,5 mm) sur la bande convoyeuse. Les éléments magnétiques passant dans le système sont attirés par la pièce polaire supérieure et évacués sur le côté par la bande transversale ou le disque. Ces séparateurs développent des champs magnétiques variant de 800 à 1 600 kA/m et traitent des débits compris entre 0,3 t · h −1 · m −1 à 4 t · h −1 · m −1 (la largeur utile variant entre 100 et 800 mm).

La granulométrie idéale de l’alimentation est comprise entre 150µm et 10 mm, mais une bonne efficacité est possible jusqu’à 75µm (paramagnétique fort).

Ces appareils sont utilisés pour traiter des substances telles que la chromite, l’ilménite, la monazite, le wolframite, les produits pharmaceutiques ou chimiques, les céramiques, etc.

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Figure 19. Séparateurs à haute intensité en voie sèche

Séparateur travaillant par déviation Ils comportent un rotor denté tournant entre les pièces polaires d’un circuit magnétique. Celui-ci comprend, dans sa conception de base, une culasse magnétique avec un noyau magnétique et une ou deux bobines d’électroaimant entourant ce dernier.

Les pôles magnétiques ou pièces polaires, entre lesquelles tourne le rotor soumis à une induction magnétique, peuvent avoir diverses formes (plan incliné ou vertical). La séparation a lieu dans l’intervalle (entrefer) réglable situé entre les pièces polaires avant et le rotor formant un contre-pôle. Le rotor est constitué d’un assemblage de minces tôles en métal allié, isolées les unes des autres de manière à former des arêtes rectangulaires, triangulaires ou trapézoïdales, donc des nervures, des dents ou des filets.

L’alimentation est faite sur le rotor entre ce dernier et la pièce polaire avant. Les particules magnétiques adhèrent au rotor sous l’influence de la force magnétique et sont portées par la rotation du rotor dans une zone de champ magnétique faible où elles sont décollées par une brosse. Les particules non magnétiques quittent le système sous l’action combinée de la force centrifuge et de la force de gravité. L’entrefer e et le pas de denture p sont adaptés à la granulométrie d du produit à traiter (p = 2e ≥4d). RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 61

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Ces séparateurs ont une grande souplesse de fonctionnement et sont donc susceptibles de traiter des produits de texture très différente dans des limites granulométriques importantes (de 15 mm à 50 µm).

Suivant les applications, la granulométrie et la composition minéralogique, les débits admissibles sur des séparateurs à rotor induit sont de l’ordre de 1 500 à 6 000 kg · h −1 · m −1 ; ils peuvent atteindre dans certains cas 8 000 kg · h −1 · m −1, ce qui correspond, pour des rotors de longueur industrielle de 750 mm, à des capacités de 1 à 6 t/h par rotor.

Ces appareils, relativement légers (de 2,5 à 12 t), peuvent développer des champs magnétiques allant de 400 à 1 600 kA/m avec une consommation énergétique comprise entre 1,0 et 2,5 kWh par tonne traitée (la moitié pour l’établissement du champ, l’autre moitié pour les moteurs d’entraînement).

Les appareils de séparation magnétique à haute intensité en voie sèche sont utilisés dans de nombreuses industries et principalement pour :

— la concentration de minéraux paramagnétiques : minerais de fer, chromite, wolframite, ilménite, oxydes de manganèse, etc. ;

— l’épuration de minéraux industriels : feldspaths, sables, andalousites, calcaire, etc. ;

— la séparation entre eux de minéraux paramagnétiques (minéraux des sables) à condition qu’ils possèdent une différence de susceptibilité magnétique suffisante (ilménite et monazite, xénotime et tourmaline, etc.).

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Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date]

Figure 20. Séparateur à haute intensité en voie sèche à rotor induit

IV.3.2.2.1.2 Séparateurs en voie humide Ils développent des champs magnétiques allant de 400 à 1 600 kA/m (bien que 1 200 kA/m suffisent en général pour une séparation industrielle) et leur consommation énergétique est comprise entre 0,5 et 2,0 kWh par tonne traitée. Leur capacité varie, suivant le type d’appareil, de 10 à 180 t/h.

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Partie II. Etudes expérimentales [Sélectionnez la date]

Figure 21. Séparateur à haute intensité en voie humide type Jones DP 317 double rotor

Figure 22. Séparateur à haute intensité en voie humide HIW8 (Boxmag Rapid)

IV.3.2.2.2 Séparateurs à aimants permanents en céramique De par leur conception, ces équipements sont essentiellement destinés aux traitements d’épuration (déferrage) des minéraux industriels ou dans le domaine du recyclage des métaux.

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La conception en champ magnétique ouvert permet le traitement de particules de granulométries élevées (supérieures à 10 mm) et de formes de particules capricieuses (copeaux, particules plates, allongées, etc.).

Ces séparateurs, employés aussi bien dans le domaine de la concentration (fer, chromite, ilménite) que dans celui de l’épuration (sable, phosphate, feldspaths) sont également bien adaptés pour répondre aux problèmes de la récupération et du recyclage de déchets métalliques (scories, copeaux, déchets d’usinage, sable de fonderie).

IV.3.2.3 Séparateurs magnétiques à haut gradient de champ (SMHG) et/ou à haut champ

Ces séparateurs existent en deux versions, une cyclique (solénoïdes en cuivre ou supraconducteur), de capacité pouvant atteindre 200 t/h, et une autre, de fonctionnement continu, à carrousel, pouvant atteindre 800 t/h (solénoïde dipôle en cuivre).

Figure 23. Schéma de principe du séparateur à haut gradient

Figure 24. Séparateur à haut gradient à bobinage de cuivre

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Figure 25. Séparateur à haut gradient en voie humide à bobine supraconductrice et à matrice d’extraction

IV.3.3 Critères de choix des appareils

Le choix d’un des séparateurs va être guidé par un certain nombre de critères communs aux différents types de traitements (disponibilité en énergie, en eau, débit de minerai sec, facilité d’entretien, approvisionnement de pièces d’usure, environnement technologique, etc.), mais surtout par trois critères : les propriétés magnétiques des minéraux, leur minéralogie et leur granulométrie (définie ici comme la dispersion volumique de taille des éléments solides du matériau).

Les propriétés magnétiques vont guider l’utilisateur sur une des classes d’appareils disponibles :

- à basse intensité pour les matériaux fortement magnétiques (ferrimagnétiques et ferromagnétiques) ; - à haute intensité ou à haut gradient (en relation étroite avec la granulométrie) pour les matériaux faiblement magnétiques (paramagnétiques).

Dans les cas d’associations minéralogiques complexes, où les deux types de substances coexistent, les séparations à basse et à haute intensité doivent être généralement envisagées.

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Suivant la minéralogie ou la texture (composition et maille de libération), il est souvent nécessaire de connaître avec une bonne précision la valeur des susceptibilités magnétiques des minéraux à traiter ou des grains mixtes. Cette connaissance, tout en donnant des indications sur l’appareil à utiliser, peut également renseigner sur la qualité du produit fini (teneur et récupération). En effet, deux espèces minérales n’ayant pas un écart de susceptibilité magnétique suffisant ne pourront être séparées. Il en est de même pour des grains mixtes (magnétite-quartz ou hématite-martite, par exemple) qui peuvent se retrouver suivant leurs tailles dans la fraction magnétique ou non magnétique, quelles que soient les conditions de séparation. Vouloir éliminer de tels éléments pour augmenter la teneur du concentré entraîne également une baisse de la récupération de métal par perte de particules fines riches. Le choix de la méthode ou de l’appareillage peut également être guidé par les objectifs à atteindre : qualité du concentré ou taux de récupération.

Le critère granulométrique (associé étroitement aux critères minéralogiques et aux propriétés magnétiques) détermine le mode de traitement (sec ou humide), mais également le type d’appareils.

En règle générale, les produits grossiers se traitent en voie sèche et les produits fins (à partir de 1 mm) en voie humide. Le traitement en voie humide est plus sélectif, du fait de la non- existence des forces interparticulaires, et a une capacité plus importante puisqu’il n’y a plus la nécessité de travailler en couche mince. Mais, dans certains cas, le traitement en voie sèche peut être rendu indispensable pour des raisons techniques (impossibilité de mouiller le produit, manque d’eau) ou économique (séchage). Dans les cas de traitement (concentration, mais surtout épuration) de produits ultrafins (granulométrie inférieure à 50 µm) dans les domaines des minéraux industriels ou de l’environnement (épuration de fluide), les séparateurs à haut gradient à matrices d’extraction s’imposent. On atteint effectivement, à cette granulométrie, les limites techniques de récupération des autres types d’appareils surtout en ce qui concerne les éléments paramagnétiques.

Dans l’objet de notre étude de valorisation de la chromite d’Antanimbary, substance paramagnétique, nous avons opté pour la méthode de séparation à haute intensité par voie sèche étant donné que l’appareil de séparation mise à disposition ne permet pas une alimentation humide.

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Chapitre V. ESSAIS EXPERIMENTAUX

V.1. DESCRIPTION DE L’APPAREIL DE SEPARATION MAGNETIQUE ET PARAMETRES DE SEPARATION

V.1.1 Description de l’appa re il

Le séparateur magnétique, de type 138T.00.000.01.T0, est sortie d’usine en 1982 par les soviétiques.

L’appareil est constitué d’un système électromagnétique et d’un alimentateur à couloir.

Le rotor est suspendu sur ressort plat à un support, et est situé dans le système magnétique. Le couloir étant animé d’un mouvement de translation de va et vient par le biais d’un tirant à travers un vibreur excentrique. L’arbre du moteur entraîne le vibreur excentrique à l’aide de la transmission à courroie. La commande de l’appareil est constituée par un accouplement élastique au réducteur cylindrique. L’arbre à vitesse lente du réducteur est accouplé à l’aide d’une transmission à courroie horizontale avec l’arbre du rotor. Une auge de réception en matériau non magnétique est fonctionnelle par un registre rotatif. Les bobines d’induction du système magnétique sont alimentées par un redresseur.

Photo 10. Séparateur magnétique type 138T.00.000.01.T0

RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 68

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Tableau 17. Fiche technique de l’appareil (documentation OMNIS)

Dimensions Unité Normes Diamètr e max imum rotor mm 100 Vitesse de rotati on rotor tr/mn 55 – 60 Lon gueur de service rotor mm 80 Granu lométri e max imum admissi ble mm 2 Pu is sance no mina le moteur kW 0,25 Inten sit é du c hamp magné ti que kA/m 755 – 920 Lon gueur d’enco mbrement mm 970 La rgeur d’en combrement mm 450 Hau teur d’enco mbrement mm 535 Masse sans red resseur kg 175

V.1.2 Fonctionnement de l’ appare i l

L’alimentation se fait manuellement sur le couloir vibrant. Le minerai est conduit dans le jeu de service sous le rotor.

La fraction magnétique est attirée vers les saillies annulaires cylindriques, ensuite éloignée de la zone de travail au-delà du registre, et enfin chargée dans l’auge de réception.

La fraction non magnétique est directement acheminée dans une autre auge de réception à côté.

Le réglage de l’intensité d’induction magnétique, en fonction de l’intensité du courant, se fait à l’aide d’un micro-ampèremètre associé à l’appareil.

Photo 11. Alimentation du séparateur Photo 12. Micro-ampèremètre

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V.1.3 Paramè tre s de séparation m a gné tique a haute intensité par voie sè che

Les paramètres à considérer dans le contexte de notre étude doivent à la fois satisfaire les conditions de la méthode, la capacité de l’appareil, et surtout les exigences du marché mondial.

A l’étude de ces divers paramètres seront associée la détermination des teneurs en chrome et en fer permettant la détermination du ratio Cr/Fe. Cette détermination est cruciale quand à l’étude de la qualité du produit ob tenu et de son utilisation industrielle conduisant à l’étude de faisabilité d’exploitation c'est-à-dire de la commercialisation.

Les paramètres ainsi à étudier concernent :

• Pour le minerai : la granulométrie

• Pour l’appareil de séparation magnétique :

 L’entrefer

 L’intensité du champ magnétique qui convient à régler l’intensité du courant

 Le débit d’alimentation

Notons que pour la méthode de séparation magnétique à rotor induit (par voie sèche) travaillant par déviation, le produit à traiter peut prendre :

la limite granulométrique 15 mm à 50 µ m ;

l’entrefer e et le pas de denture p fonctions de la granulométrie du minerai : p = 2e≥4d ;

Ainsi, dans le cadre de nos essais de séparation de la chromite d’Antanimbary – Maevatanàna par la méthode magnétique tenant compte de la méthode, des exigences commerciales et de la capacité de notre appareil de laboratoire, les paramètres suivants seront mis en œuvre :

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Tableau 18. Paramètres des essais de séparation magnétique de la chromite d’Antanimbary

Tranches granulométriques [mm] paramètres 0,100-0,500 0,500-1

Débit d’alimentation 75 g/mn

Entrefer 2-3 mm

Intensité du courant 0,25 à 2,5 A

V.2 PREPARATION DU MINERAI COMPOSITE Des essais de concentration pour chaque lentille seraient l’idéal dans le cas de la chromite d’Antanimbary. Mais la réalisation des essais de concentration et des analyses chimiques constitue une difficulté pour le mémoire du fait des manques de logistique nécessaire ainsi que la manque du facteur temps de réalisation. On a donc décidé de préparer un minerai composite constitué des sept lentilles compte tenu du problème et sachant que les lentilles ont quand même des caractéristiques mécaniques semblables.

Le matériau composite a été préparé à partir des échantillons précédemment quarté. La composition s’est fait sur la base d’un prélèvement de 600g à chacun des lentilles sauf la lentille CHRANT L3 à qui on a prélevé 700g. En effet, cette dernière est à considérer du fait de son étendu plus large sur le terrain.

Tableau 19. Récapitulatif de la composite

Lentilles Prise (g)

CHRANT L1 600

CHRANT L2 600

CHRANT L3 700

CHRANT L4 600

CHRANT L5 600

CHRANT L6 600

CHRANT L7 600

Total 4300

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Pour faciliter la réalisation de nos travaux d’essais, seule la moitié quarté de la masse totale (c'est-à-dire 2130g) sera utilisée.

Le minerai composite de chromite ainsi préparé, avant de devenir l’alimentation pour la séparation magnétique à rotor induit, fera l’objet de plusieurs étapes de traitement. En effet, nous allons considérer deux tranches granulométriques : 100µm – 500µm et 500µm – 1mm pour les essais de séparation magnétique compte tenu de la maille de libération de la chromite.

Etape 1 : Tamisage et broyage

Le but de cette première étape sera d’arriver à l’obtention des deux tranches granulométriques de séparation : 0,100 – 0,500 mm et 0,500 – 1 mm.

Pour cela, on procède par des opérations de tamisage accompagnées de broyage.

Le tamisage est effectué avec une série de tamis dont les dimensions d’ouverture sont respectivement : 1 mm – 0,500 mm et 0,100 mm.

Le broyage est réalisé dans le but de réduire les grains de dimensions supérieures à 1 mm. Pour minimiser le risque de surbroyage, l’opération se fait en deux étapes : broyage à 1 mm à l’aide d’un broyeur à disque suivi de broyage manuel à l’aide d’un pilon – mortier. En effet, le surbroyage compromettrait l’interprétation des résultats.

COMPOSITE

TAMISAGE

BROYAGE

COMPOSITE1 COMPOSITE2 COMPOSITE3 COMPOSITE4

Figure 26. Schéma de préparation de la composite – Etape 1

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Tableau 20. Granulométrie des composites COMPOSITE1 COMPOSITE2 COMPOSITE3 COMPOSITE4

Granulométrie 1mm < D 0,500mm < D < 1mm 0,100mm < D < 0,500mm D < 0,100mm (mm)

Tableau 21. Rendement poids du tamisage – broyage Poids Désignation g %

COMPOSITE 2130

COMPOSITE1 100 4,9

COMPOSITE2 663,1 32,3

COMPOSITE3 739 36,1

COMPOSITE4 547,2 26,7

Reconstitution 2049,3 100

Etape 2 : Lavage

Le lavage est réalisé dans le but de nettoyer la surface des grains de minéraux c'est-à-dire d’enlever les poussières fines qui risqueraient de fausser les caractéristiques magnétiques de la chromite.

Le lavage du minerai est suivi de séchage à 60° dans une étuve pendant quelques heures.

Notons que le lavage a été effectué sur les échantillons : COMPOSITE1 – COMPOSITE2 – COMPOSITE3.

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COMPOSITE

LAVAGE

SECHAGE

COMPsec SCHLAMMS

Figure 27. Schéma de lavage – Etape 2

Tableau 22. Rendement poids de lavage g %

COMPOSITE1 COMPOSITE2 COMPOSITE3 COMPOSITE1 COMPOSITE2 COMPOSITE3

Alimentation 100 663,1 739

COMPsec 99,2 597,4 601,9 100 90,7 83

SCHLAMMS - 61,1 124 - 9,3 17

Reconstitution 99,2 658,5 725,9 100 100 100

Etape 3 : Extraction magnétite

Désormais, seuls les échantillons COMPOSITE2 et COMPOSITE3 subiront les traitements suivant.

Pour chaque échantillon, on a procédé à l’extraction de la magnétite au moyen d’un aimant ventouse. Effectivement, la magnétite pourrait nuire au bon fonctionnement de l’appareil de séparation magnétique.

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Tableau 23. Rendement poids de l’extraction de la magnétite

g %

COMPOSITE2 COMPOSITE3 COMPOSITE2 COMPOSITE3

Alimentation 597 ,4 601,9

Chromite 584,1 594,8 97,8 99,1

Magnétite 13,2 5,6 2,2 0,9

Reconstitution 597,3 600,4 100 100

Etape 4 : Quartage

Le quartage est nécessaire afin de pouvoir satisfaire les multiples utilisations qui vont suivre. Aussi, cette opération permettra d’avoir en réserve des échantillons témoins.

Tableau 24. Lots d’échantillons de minerai composite

COMPOSITE2 COMPOSITE3

0,500-1mm 0,100-0,500mm

Alimentation 584,1 594,8

Lot N°1 283,6 220

Lot N°2 152,4 234,2

Lot N°3 147,1 140

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V.3 ESSAIS DE VALORISATION PAR LA SEPARATION MAGNETIQUE A HAUTE INTENSITE PAR VOIE SECHE DE LA CHROMITE D’ANTANIMBARY

V.3.1 Essai prélimin aire

Le premier essai est un essai préliminaire ayant pour but de déterminer les comportements du minerai et de l’appareil face aux essais de séparation.

On essaiera davantage de déterminer surtout l’intensité du courant optimal auquel la chromite sera récupérée au maximum.

L’essai a donc été effectué sur l’échantillon de chromite COMPOSITE3 dans la tranche granulométrique 0,100 mm – 0,500 mm du lot N°3 (140g).

La COMPOSITE3 est passée dans le séparateur magnétique avec un débit d’alimentation de 75 g/mn. L’entrefer est réglé à e = 3 mm. On fait varier l’intensité du courant de 0,25A – 0,5A – 0,75A – 1A – 1,5A – 2A – 2,5A.

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Composite3

SMS I = 0,5A

M1 FM1 FNM1

SMS I = 0,25A SMS I = 0,75A

FNM2 FM2 FM11 FNM11

SMS I = 1A

FNM3 FM3

SMS I =1,5A

FNM4 FM4

SMS I = 2A

FNM5 FM5

SMS I = 2,5A

FNM6 FM6

Figure 28. Schéma du premier essai

SMS : Séparation Magnétique Sèche

FM : Fraction Magnétique

FNM : Fraction Non Magnétique

On a récupéré les résultats d’analyses chimiques des fractions magnétiques dans les tableaux suivants.

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Tableau 25. Bilan de l’essai à un courant de 1,5A Désignation Poids Chrome Cr2O3

g % Teneur % Unité Répartition

Alimentation 140 39,24 54,93

FM1,5 84,3 60,95 45,71 38,53 70,14

FNM1,5 54 39,04 30,37 16,40 29,85

Alimentation rec 138,3 100 54,93 100

Tableau 26. Bilan du retraitement de la FNM1,5 Désignation Poids Chrome Cr2O3

g % Teneur % Unité Répartition

Alimentation FNM1,5 54 30,37 16,39

FM2,5 9,1 16,94 28,12 2,55 15,60

FNM2,5 44,6 83,05 31,03 13,84 84,39

Alimentation rec 53,7 100 16,39 100

Tableau 27. Bilan total de l’essai préliminaire Chrome Cr2O3

% Teneur % Unité Répartition

Alimentation 100

FM1,5 60,95 45,71 2786,02 70,02

FM 2,5 6,61 28,12 186,06 4,67

FNM2,5 32,42 31,03 1006,26 25,29

Alimentation rec 99,99 3978,35 100

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La figure 29 illustre l’influence de l’intensité du courant sur la variation de la teneur en Cr 2O3.

50 45 40 35 30 25 20

teneurCr2O3 [%] 15 10 5 0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 intensité du courant en A

Figure 29. Influence de l’intensité du courant sur la teneur Cr 2O3

L’intensité du courant optimale pour la séparation magnétique de la chromite se situe entre 0,75A et 2A. Une récupération maximale à 70% est observée à l’intensité 1,5A avec

45,71% Cr2O3 et un rendement poids à 60,95%.

Au dessus de 2A, la teneur en chromite devient de moins en moins importante avec 28,12%

Cr2O3 à 2,5A dont la perte est évaluée à 25,29%.

Ainsi, pour plus d’optimisation avec nos travaux de séparation magnétique de la chromite d’Antanimbary, nous fixerons l’intensité du courant à 1,5A.

V.3.2 Deuxième essai

Le deuxième essai est réalisé avec la COMPOSITE2 lot N°3 (147,1g) dont la granulométrie est dans la tranche 0,500 mm – 1 mm.

L’alimentation de la séparation s’effectue à un débit inchangé de 75 g/mn. L’entrefer de l’appareil est e = 3 mm. L’intensité du courant est réglée à 1,5A.

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Composite2

SMS I = 1,5A

FM E2 FNM E2

Figure 30. Schéma du deuxième essai

Tableau 28. Résultats du deuxième essai

Désignation Poids Chromite Cr 2O3 Chrome Cr

g % Teneur % Teneur % Unité Répartition

Alimentation 147,1 40,51 27,72

Composite2

FM E2 114,5 78,15 43,52 29,78 34,10 88,48

FNM E2 32 21,85 20,25 13,86 4,43 11,51

Alimentation 146,5 100 38,54 100

reconstituée

V.3.3 Troisième essai

L’essai est réalisé avec la fraction magnétique du précédent dont la granulométrie est dans la tranche 0,500 mm – 1 mm.

En vue du troisième essai, on ramènera la granulométrie de cette fraction magnétique par broyage dans la tranche 0,100 mm – 0,500 mm.

L’échantillon a donc été quarté, broyé à une ouverture de 0,500 mm puis tamisé (0,500 mm – 0,100 mm) afin d’écarter les grains inférieurs à 0,100 mm.

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FM E2

QUARTAGE

FM E21 FM E22

BROYAGE

TAMISAGE

FM E221 FM E222

Figure 31. Préparation de l’alimentation pour le troisième essai

FM E221 : granulométrie 0,100 mm – 0,500 mm FM E222 : granulométrie inférieure à 0,100 mm

Le troisième essai sera donc réalisé avec l’échantillon FM E221 (42,8g).

Le débit d’alimentation est de 75 g/mn. L’entrefer reste e = 3 mm, l’intensité du courant étant de 1,5A.

FM E221

SMS I = 1,5A

FM E3 FNM E3

Figure 32. Schéma du troisième essai

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Tableau 29. Résultats du troisième essai

Désignation Poids Chromite Cr 2O3 Chrome Cr

g % Teneur % Teneur % Unité Répartition

Alimentation 42,8 43,52 29,78

FM E221

FM E3 36,7 85,95 59,41 40,66 14,92 94,29

FNM E3 6 14,05 22 15,05 0,90 5,70

Alimentation 42,7 100 15,82 100

reconstituée

Tableau30. Bilan total du retraitement Désignation poids Cr2O3

% teneur unité répartition %

Alimentation 100 40,51

FNM E2 21,85 20,25 442,46 9,47

FM E3 67,17 59,41 3990,56 85,37

FNM E3 10,98 22 241,56 5,17

Alimentation 100,00 4674,59 100,00 reconstituée

V.3.4 Quatrième essai

Le quatrième essai est réalisé avec l’échantillon COMPOSITE3 lot N°1 (220g) dont on a prélevé la moitié (107g) par quartage pour la séparation. Rappelons que la granulométrie de l’échantillon est dans la tranche 0,100 mm – 0,500 mm.

L’appareil est alimenté à un débit de 75 g/mn. L’intensité du courant est de 1,5A. Mais l’entrefer est alors serré à e’ = 2 mm.

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Composite3

SMS I = 1,5A

FM E4 FNM E4

Figure 33. Schéma du quatrième essai

Tableau 31. Résultats du quatrième essai

Désignation Poids Chromite Cr 2O3 Chrome Cr

g % Teneur % Teneur % Unité Répartition

Alimentation 107 39,24 26,8583162

Composite3

FM E4 77,3 72,72 50,13 34,31 26,52 84,07

FNM E4 29 27,28 25,32 17,33 5,02 15,92

Alimentation 106,3 100 31,55 100

reconstituée

V.3.5 Cinquième essai

Ce cinquième et dernier essai est effectué sur un échantillon déjà concentré par une table à secousse. Notons que l’échantillon (119,1g) est aussi une composite et dont la granulométrie est de 0,100 mm – 0,500 mm.

L’essai sera réalisé avec un débit d’alimentation de 75 g/mn. L’entrefer sera e = 3 mm, et l’intensité du courant I = 1,5A.

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Concentré TS

SMS I = 1,5A

FM E5 FNM E5

Figure 34. Schéma du cinquième essai

Tableau 32. Résultats du cinquième essai

Désignation Poids Chromite Cr 2O3 Chrome Cr

g % Teneur % Teneur % Unité Répartition

Alimentation 119,1 44,52 30,47

Concentré TS

FM E5 87,7 73,76 68,22 46,69 40,95 89,58

FNM E5 31,2 26,24 22,3 15,26 4,76 10,41

Alimentation 118,9 100 45,71 100

reconstituée

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Chapitre VI. INTERPRETATION DES RESULTATS ET RECOMMANDATIONS

VI.1 EXPRESSION DES RESULTATS ET INTERPRETATION

Des analyses chimiques ont été réalisées sur les échantillons CHRANTL3 répartis pour l’analyse granulométrique. La figure 35 illustre les pourcentages en Cr 2O3 en fonction des refus des différentes mailles de tamis.

60

40

20 Teneur Cr2O3 en % en Cr2O3 Teneur

0 0 1,5 3 Ouverture de tamis

Figure 35. Résultats de tamisage

Cette figure confirme de plus en plus notre estimation de la libération des grains de chromite qui se situe dans la tranche granulométrique 100µm à 500µm. Cette libération est nettement supérieure entre 250µm et 500µm avec 49,86% en Cr 2O3 à 350µ, que l’on peut récupérer par la séparation magnétique à haute intensité par voie sèche.

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La figure 36 illustre l’influence qu’impose l’ouverture de l’entrefer sur la teneur du concentré et le taux de récupération en métal.

90

80

70

60

50 Teneur Cr2O3 % 40

30 Taux de récupération métal % 20

10

0 2 3 entrefer en mm

Intensité du courant I=1,5A ; Débit 75g/mn ; Granulométrie 100-500µm Figure 36. Effet de l’ouverture de l’entrefer sur la teneur en chromite et le taux de récupération en métal

Les essais avec les deux ouvertures de l’entrefer e=2mm et e’=3mm montrent que la valeur du paramètre optimal pour l’ouverture de l’entrefer est de 2mm ; c'est-à-dire plus on serre l’ouverture de l’entrefer, plus le résultat de séparation est satisfaisante. Ainsi on a pu avoir, à une ouverture d’entrefer 2mm, une teneur en concentré 50,13% Cr 2O3, une récupération en métal de 84,07% et un rendement poids à 72,72%. La perte est de 15,92%.

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La figure 37 met en évidence l’influence de la granulométrie du minerai sur la teneur en chromite ainsi que le rendement de récupération en métal Cr.

46

45,5

45

44,5

44

43,5 Teneur Cr2O3 %

43

42,5

42 0,100 -0,500 0,500 -1 granulométrie en mm

Intensité du courant I=1,5A ; Débit 75g/mn ; Entrefer 3mm Figure 37. Effet de la granulométrie sur la teneur en chromite et le taux de récupération en métal

On observe une teneur moins importante dans la granulométrie 0,500-1mm. Par contre, celle de 0,100-0,500mm est beaucoup plus élevée. Les résultats fait apparaître clairement que la concentration est beaucoup plus efficace dans la granulométrie où la chromite est libérée c'est-à-dire dans la maille de libération qui est comprise entre 0,100mm et 0,500mm. Ainsi, on a pu obtenir à partir du minerai à 39,24% Cr 2O3 un concentré à 45,71% en Cr 2O3 avec un rendement de récupération en métal à 70,02% et un rendement poids à 60,95%.

L’essai sur l’échantillon concentré d’une table à secousses a montré des résultats beaucoup plus importants. La table à secousses est arrivée à concentrer notre minerai de 39,24% Cr 2O3

à la valeur 44,52% Cr 2O3. On a obtenu à partir de ce concentré de la table à secousse un concentré beaucoup plus enrichi avec 68,22% Cr 2O3 et un rendement de récupération à 89,58%.

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VI.2 RECOMMANDATIONS

Les résultats obtenus de nos essais de concentration de la chromite d’Antanimbary par la méthode magnétique à haute intensité ont fait apparaître les caractéristiques physiques optimales du minerai et les paramètres optimaux pour l’appareil de laboratoire type 138T.00.000.01.T0. Ainsi, pour obtenir des résultats optimaux, le minerai de chromite d’Antanimbary doit être ramené à une granulométrie entre 100µm et 500µm. Aussi, il est recommandé de séparer le minerai à l’aide du séparateur magnétique de type 138T.00.000.01.T0 avec un débit d’alimentation à 75g/mn, une intensité du courant à 1,5A et une ouverture de l’entrefer à 2mm.

Les concentrés obtenus des essais ont mis en évidence des teneurs en Cr 2O3 qui varient de 43,52% à 59,41%. Cette valeur augmente jusqu’à 68,22% en combinant la concentration par la table à secousses avec la séparation magnétique à haute intensité par voie sèche. Ces caractéristiques pourraient amplement satisfaire le marché CRF, et particulièrement l’industrie du réfractaire. En effet, les résultats d’analyses à la microsonde électronique ont déjà laissé paraître que les chromitites d’Antanimbary sont principalement composées de la chromite et du chlorite. Presque la totalité de la silice SiO 2 se concentre dans le chlorite dont la teneur est de 28,97% en moyenne. La chromite ne renferme en moyenne que 0,06% de

SiO 2. Ainsi, en arrivant à séparer correctement la chromite et le chlorite avec la méthode magnétique à haute intensité par voie sèche, on pourrait satisfaire les spécifications de l’industrie du réfractaire qui impose un concentré à 30% de Cr 2O3 au minimum et 1% de SiO 2 au maximum.

En ce qui concerne la récupération des particules fines c'est-à-dire de dimension inférieure à 100µ que l’on n’a pas pu concentrer par notre appareil de séparation, le recours à la séparation magnétique à haut gradient pourrait constituer une alternative.

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Conclusion [Sélectionnez la date]

CONCLUSION

L’objectif que s’est fixé le présent travail est la valorisation par la séparation magnétique de la chromite d’Antanimbary.

Les études de caractérisation ont révélé que la chromite d’Antanimbary présente des caractéristiques très particulières uniques au monde. C’est une chromite riche en fer, ce qui lui confère une propriété magnétique assez élevée. Et le minerai est principalement composé de la chromite et du chlorite.

Les minerais composites bruts d’Antanimbary qui renfermaient 39,24% Cr2O3 pour la granulométrie 0,100-0,500mm et 40,51% deCr 2O3 pour la granulométrie 0,500-1mm ont été soumis à des essais de concentration par la séparation magnétique à haute intensité par voie sèche. Les essais de séparation ont révélés les paramètres optimaux du séparateur de laboratoire du type 138T.00.000.01.T0 qui a servi pendant les travaux: le débit d’alimentation à 75g/mn, l’intensité du courant à 1,5A et l’ouverture de l’entrefer à 2mm. On a obtenu des concentrés jusqu’à 59,41% de Cr 2O3 et un rendement de récupération en métal à 85,37% pour la granulométrie 0,100-0,500mm qui s’avère être la granulométrie de libération de la chromite et donc la dimension optimale pour la concentration du minerai.

Les caractéristiques du concentré obtenu satisfont les normes de spécification du marché mondial du CRF. En effet, le concentré de chromite obtenu à partir des minerais d’Antanimbary contient une teneur en Cr 2O3 supérieure à 30% et une teneur en SiO 2 inférieure à 1% qui correspond aux exigences de l’industrie du réfractaire.

Actuellement, Madagascar devient de plus en plus intégré dans la promotion de l’activité minière. Notre pays figure parmi les plus avantageux dans cette activité en possédant des sites renfermant des richesses sous le sol. Ainsi, la mise en valeur de ces différentes zones pourrait constituer une issue favorable pour l’essor de l’économie nationale.

RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina 89

Bibliographie et webographie [Sélectionnez la date]

BIBLIOGRAPHIE

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[2] Cours minéralogie. 3è année Département Mines-ESPA.

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[5] P. BUSSIERE, 1960 : Note sur les minéralisations chromifères de la région de Maevatanàna. Service Géologique Malgache. A.1679.

[6] P. BUSSIERE, 1961 : Etudes géologiques et prospections dans les régions de Mahazoma-Antanimbaritsara-Maevatanàna. Minéralisation ferrifères et chromifères. Service Géologique Malgache.

[7] Maurice RANTOANINA, 1967 : Notice explicative sur la feuille Maevatanàna (N42). Carte géologique de reconnaissance à l’échelle du 1/100.000. Service Géologique Malgache.

[8] Maurice RANTOANINA, 1967 : Notice explicative sur la feuille Andriba (N43). Carte géologique de reconnaissance à l’échelle du 1/100.000. Service Géologique Malgache.

[9] COLLINS A. S., 2006: Madagascar and the amalgamation of central Gondwana. Gondwana Research 9 (2006), p.3-16.

[10] COLLINS A.S., WINDLEY B.F, 2002: The tectonic Evolution of Central and Northern Madagascar and Its Place in the Final Assembly of Gondwana. The Journal of Geology, 2002, Volume 110, p.325-339

[11] PGRM, 2008: Révision de la cartographie géologique et minière des zones Nord et Centre de Madagascar. BGS Report CR/08/078

[12] Cours minéralurgie. 4è année Département Mines-ESPA

a

Bibliographie et webographie [Sélectionnez la date]

[13] Edmond BLANC : Fragmentation. Généralités-Théorie. Technique de l’Ingénieur, A 5 050

[14] Pierre BLAZY, El-Aïd JDID, Jacques YVON : Fragmentation appliquée aux minerais métalliques. Technique de l’Ingénieur, J 3 052

[15] Robert HOUOT, Robert Joussemet : Concentration gravimétrique. Technique de l’Ingénieur, A 5 190

[16] Gilles BARBERY : Flottation. Mécanismes et réactifs. Technique de l’Ingénieur, A 5 350

[17] Gérard GILLET : Séparation magnétique. Technique de l’Ingénieur, A 5 220

WEBOGRAPHIE

[18] http://www.mineralinfo.org

[19] http://www.universalis.org

[20] http://fr.wikipédia.org

[21] http://fr.wikiMetallogenica.org

[22] http://www.icdachromium.com/ chromium-introduction

[23] http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/chromium/

b

Annexes

ANNEXES

Annexe 1. OMNIS

L’OMNIS, créé en 1976, est un Etablissement Public à caractère Administratif (EPA). Il a pour principales missions de : mettre en œuvre la politique nationale en matière d’exploration et d’exploitation pétrolière et uranifère, valoriser les données géologiques de base, favoriser le partenariat avec les compagnies pétrolières et minières étrangères.

A. Fonctions A.1 Domaine des hydrocarbures L’OMNIS a pour fonction d’entreprendre des travaux de recherche afin de :

 monter et développer les données techniques de base requises pour les activités d’exploration ;  initier des campagnes de promotion de nos bassins sédimentaires ;  assurer le suivi et la supervision des activités des compagnies partenaires.

A.2 Domaine des Mines L’OMNIS a pour fonction :

 d’engager des partenariats avec des sociétés minières en matières de substances uranifères à des fins énergétiques ;  offrir des services d’assistance pour les recherches minières.

B. Laboratoire B.1 Missions Le laboratoire s’est fixé comme mission : l’appui à l’exploration pétrolière, l’appui analytique et technique aux sociétés industrielles et aux chercheurs scientifiques, l’assistance technique aux opérateurs miniers.

B.2 Prestations
Domaine des Mines - préparation des échantillons (concassage, broyage, pulvérisation) ; - analyse chimique minérale (gravimétrie, volumétrie, colorimétrie) ;

c

Annexes

- analyse par ICP-MS pour les éléments à faible teneur ; - caractérisation physico-chimique (densité, pH, humidité, teneur en cendres, …) ; - analyse minéralogique (par comptage des grains) ; - études de valorisation des minerais (par voie physique et chimique).
Domaine des Hydrocarbures - évaluation des roches-mères ; - extraction des huiles (Soxhlet, Dean Stark) ; - analyses physico-chimiques et caractérisation : roches, produits pétroliers, huiles, produits carbonés (TBN, TAN, densité, viscosité, point d’éclair, …) ; - préparation pour études stratigraphiques et sédimentologiques : extraction de foraminifères, spore et pollens, dinoflagellés, montage sur lame mince.
Autres domaines - extraction et caractérisation d’huiles essentielles ; - analyse de l’eau.

d

Annexes

Annexe 2. Cartographie et échantillonnage à Antanimbary

nº Alti Types Texture et Stati Sud Est Mesures Minéralogies Pétrotypes Observations (m) d'affleurement structures ons

03/12/2010

Roche essentiellement formée Amphibolite fortement Selon la carte géologique, il s’agit 1 246 17° 11' 49" 46° 49' 55" N80-0°S flanc de mo ntagne Massive d’amphibole : la hornblende et de altérée d’orthoamphibolite feldspath plagioclase

Roche essentiellement formée 2 17° 11' 800" 46° 49' 0,20" N30-60°SE Massive d’amphibole : la hornblende et de amphibolite altérée feldspath plagioclase

04/12/2010

La lentille se présente sous Essentiellement formée de forme d’éboulis, la présence de 3 319 17° 11' 40,3" 46° 50' 13,0" N70-8°S flanc de montagne Massive Chromitite minéraux de chromites roche en place n’a pas été observée

lit essentiellement formé de Lits de chromites chromite intercalé dans une roche 4 320 17° 11' 42,3" 46° 50' 14,1" N0-40°S flanc de montagne Massive intercalés dans des verdâtre, formée d’amphibole et de orthoamphibolite plagioclases

lit essentiellement formé de Lits de chromites chromite intercalé dans une roche 5 329 17° 11' 41,9" 46° 50' 14,1" N0-40°S flanc de montagne Massive intercalés dans des verdâtre, formée d’amphibole et de orthoamphibolite plagioclases

06/12/2010

Lits de chromitite fortement Lit d’environ 1,5m de large et de 6 135 17° 12' 40,3" 46° 49' 13,3" N135-20°S flanc de montagne Massive Formée minéra ux de chromites altérés 20m de long. Très alteré et treès friable, entouré d’orthogneiss et

e

Annexes

Orientée, foliée Formée de Quartz, de feldspath et Lit d’orthogneiss fortement d’orthoamphibolite. La limite N135-20°S estompée de Micas altéré supérieure de la chromitite est un formé par des quartzite altéré, Essentiellement formé de Quartz, tandis que la limite inférieure est Orientée, foliée de feldspath altérés et de micas orthogneiss fortement constituée par une formation N160-11°S estompée également en stade avancé altéré en lit d’orthoamphibolite de direction d’altération N140-0°S

07/12/2010

Essentiellement formée formation en place contenant 7 246 17° 12' 40,7" 46° 49' 08,2" N100-60°N flanc de montagne Massive d’Amphibole : la hornblende et de orthoamphibolite des lits de chromitites feldspath plagioclase

08/12/2010

Essentiellement formée 8 235 17° 12' 02,5" 46° 49' 37,9" N160-10°S Dans un Talweg Massive d’Amphibole : la hornblende et de Orthoamphibolite feldspath plagioclase

Essentiellement formée Des lits de chromites s’insinuent 9 273 17° 12' 16,1" 46° 49' 35,4" N116-20°S Dans un Talweg Massive d’Amphibole : la hornblende et de Orthoamphibolite à l’orthoamphibolite feldspath plagioclase

46° 49' 36,5 Essentiellement formée d’Amphibole orthoamphibolite 10 267 17° 12' 13,5" N155-20°S Dans un Talweg Massive " et de feldspath plagioclase moyennement altéré

10/12/2010

Formé de minéraux de chromite, Présence de plis, dont l'axe est 11 235 17° 12' 05,2" 46° 49' 37,3" N80-8°S Talus de route Massive Chromitite friable de direction : N70-6° SE

Roche essentiellement formée orthoamphibolite à 12 273 17° 11' 19,9" 46° 50' 35,9" N92-0°S flanc de montagne Massive d’amphibole au sein de laquelle chromite s’insinue des rubans de chromite

Roche essentiellement formée orthoamphibolite à 13 272 17° 11' 19,7" 46° 50' 36,0" N92-0°S flanc de montagne Massive d’amphibole au sein de laquelle chromite s’insinue des rubans de chromite

f

Annexes

46° 50' 80,8 Essentiellement formée d’Amphibole 14 286 17° 11' 14,5" N160-59°SE flanc de montagne Massive orthoamphibolite en place " et de feldspath plagioclase

13/12/2010

Essentiellement formée d’Amphibole 15 293 17° 12' 22,2" 46° 49' 32,7" N150-11°SE talweg Massive Orthoamphibolite et de feldspath plagioclase

Essentiellement formée d’Amphibole 16 291 17° 12' 21,5" 46° 49' 33,7" N108-30°SE talweg Massive Orthoamphibolite et de feldspath plagioclase

Essentiellement formée d’Amphibole 17 286 17° 12' 14,1" 46° 49' 38,4" N180-40°SE talweg Massive Orthoamphibolite et de feldspath plagioclase

Essentiellement formée d’Amphibole 282 17° 12' 11,4" 46° 49' 38,5" N180-40°SE talweg Massive orthoamphibolite et de feldspath plagioclase 18 Essentiellement formée d’Amphibole orttoamphibolite à 264 17° 12' 11,4" 46° 49' 38,5" flanc de montagne Massive extension = 40m env et de feldspath plagioclase magnétite

Formée de quartz, feldspath et Orientée, foliée micas très altérés, avec présence de Présence de chloritoschiste juste 19 232 17° 12' 11,4" 46° 49' 38,5" flanc de montagne orthogneiss à amphibole estompée minéraux verdâtre également en en dessous. stade avancé d’altération

14/12/2010

Formation très fracturés de N110-44°SE Texture Formé de quartz, feldspath et micas direction: N130-12°SSW. Les 20 233 17° 11' 53,1" 46° 49' 42,7" Talus de route Gneiss altéré Fracture orientée, foliée en altération fractures sont remplies par des conglomérats de quartz.

Le gneiss est intercalé à du chloritoschiste et Texture Essentiellement formée de Mica orthoamphibolite. L'ensemble est 21 222 17° 11' 06,5" 46° 50' 24,2" N80-50°SE talus de route Gneiss orientée, foliée biotite, Quartz, et Feldspath traversé par un filon de quartzite une intrusion de granite rose altéré

Texture essentiellement formé de micas 22 225 17° 11' 06,3" 46° 50' 42,0" N120-62°SE talus de route orientée, Micaschiste Intercalé à des filons de quartz biotite schisteuse

g

Annexes

essentiellement formé d'amphibole, orthoamphibolite altéré et 23 224 17° 11' 07,5" 46° 50' 22,2" N120-84°E talus de route Massive Direction de fracture : N36 - 12S et de plagioclase fracturé

Essentiellement formée de 24 221 17° 11' 11,1" 46° 50' 19,6" N34-62°SE talus de route Orientée orthopyroxénite Direction de linéation : N120 Feldspath et pyroxènes

Il y a une succession de couchse de pyroxénite- gneiss- essentiellement formé d'amphibole, 25 218 17° 11' 10,9" 46° 50' 19,3" N92-74°SE talus de route Massive orthoamphibolite orthoamphibolite- gneiss. et de plagioclase L’ensemble est recouvert par des latérites

Formée de quartz, feldspath et Présence de niveau de Texture 26 227 17° 11' 11,8" 46° 50' 18,3" N11-43°SE talus de route micas très altérés, avec présence de Gneiss à amphibole chloritoschiste au dessus du orientée, foliée minéraux verdâtre gneiss

essentiellement formé d'amphibole, 27 256 17° 11' 46,8" 46° 49' 56,5" N132-20°SE flanc de montagne Massive orthoamphibolite altéré et de plagioclase

Texture essentiellement formé de minéraux 28 254 17° 11' 47,0" 46° 49' 57,0" N42-78°W flanc de montagne gneiss fortement altéré orientée, foliée de Quartz, Mica, et feldspath altéré

N80 – Texture essentiellement formé d'amphibole, orthoamphibolite altéré Fracture 1 : N160 – 2°S 29 255 17° 11' 12,8" 46°50'20,44" flanc de montagne 50°SE orientée, foliée et de plagioclase fracturé Fracture 2 : N60 – 20°SE

Données cartographique d’Antanimbary

h

Annexes

Altitude Stations lentille nº Sud Est Echantillons Remarques (m)

03/12/2010

17° 46° Ant.L3 A21 L3 semble être de 1 320 11' 50' Ant L3 A22 direction NNE- SSW 42,3" 14,1"

17° 46° Ant.L3 B21 Roche encaissante : 2 233 11' 50' Ant L3 B22 Ant L3 B24 42" 14,0" Ant L3 B33

17° 46° Ant.L3 B25 3 329 11' 50' Ant L3 B26 41,9" 14,1"

17° 46° 4 L3 325 11' 50' Ant.L3 C21 41,4" 13,7"

17° 46° Ant.L3 D21 5 321 11' 50' Ant L3 D22 41,5" 13,7"

17° 46° Ant.L3 E21 6 310 11' 50' Ant L3 E22 40,3" 13,3"

17° 46° Ant.L3 F21 7 298 11' 50' Ant L3 F22 39,8" 12,6"

07/12/2010

Encaissante : 17° 46° Ant.L7 A11 orthoamphibolite 9 246 12' 49' Ant L7 A12 contenant des lits de 40,7" 8,2" Ant L7 A13 chromitites L7 17° 46° Ant.L7 B11 10 300 12' 49' Ant L7 B12 31,4" 27,4"

17° 46° Ant.L6 A11 11 292 12' 49' Ant L6 A12 31,4" 27,5"

17° 46° Ant.L6 A21 12 289 12' 49' Ant L6 A22 19,8" 35,0"

17° 46° Ant.L6 B11 Roche encaissante : 13 L6 234 12' 49' Ant L6 B12 Ant L6 B13 02,3" 37,0"

17° 46° Ant.L6 B21 14 281 12' 49' Ant L6 B22 16,2" 34,0"

17° 46° Ant.L6 C11 15 267 12' 49' Ant L6 C12 16,5" 34,9"

08/12/2010

17° 46° Orthoamhpibolite Ant.L4 A01 16 L4 236 12' 49' contenant des lits de Ant L4 A02 04,0" 38,0" chromite

i

Annexes

17° 46° Ant.L4 A11 17 291 12' 49' Ant L4 A12 19,8" 35,4"

17° 46° Ant.L4 A21 18 253 12' 49' Ant L4 A22 04,5" 39,1"

17° 46° Ant.L4 A71 19 237 12' 49' Ant L4 A72 04,5" 39,0"

17° 46° Roche encaissante Ant.L4 B31 20 235 12' 49' Ant. L4 C11 et Ant. L4 Ant L4 B32 02,5" 37,9" C12

17° 46° Ant.L4 B41 21 276 12' 49' Ant L4 B42 02,4" 43,8"

17° 46° Ant.L4 B51 Les mailles sont 22 265 12' 49' Ant L4 B52 espacées de 10m 02,7" 43,3" Ant L4 B53 environ

17° 46° Ant.L4 B61 23 242 12' 49' Ant L4 B62 03,9" 38,7"

17° 46° Ant.L4 B71 24 245 12' 49' Ant L4 B72 03,8" 38,7"

17° 46° Ant.L5 A11 25 247 12' 49' Ant L5 A12 06,0" 33,2" Ant L5 A13

17° 46° Ant.L5 B11 26 250 12' 49' Ant L5 B12 06,1" 38,2" Ant L5 B13

17° 46° Ant.L5 C21 27 L5 257 12' 49' Ant L5 C22 13,0" 35,7"

17° 46° Ant.L5 D11 28 261 12' 49' Ant L5 D12 13,5" 36,5"

17° 46° Ant.L5 D21 29 266 12' 49' Ant L5 D22 13,1" 36,3"

10/12/2010

17° 46° Roches e ncaissantes: Ant.L2 A11 30 296 11' 50' Ant.L2.O1 , Ant L2 O2 Ant L2 A12 17,5" 35,0" et Ant L2 O3

17° 46° Ant.L2 B11 31 284 11' 50' Ant L2 B12 19,9" 35,9"

17° 46° L2 Ant.L2 C11 32 272 11' 50' Ant L2 C12 19,7" 36,0"

17° 46° Ant.L2 D11 33 309 11' 50' Ant L2 D12 11,4" 28,4"

Ant.L2 E11 34 310 17° 46° Ant L2 E12 11' 50'

j

Annexes

10,7" 27,6"

17° 46° Ant.L2 F11 35 292 11' 50' Ant L2 F12 11,5" 26,4"

17° 46° Ant.L2 G11 Roches encaissantes : 36 284 11' 50' Ant L2 G12 Ant.L2 G01 11,5" 26,5"

11/12/2010

17° 46° Ant.L1 A11 37 241 11' 50' Ant L1 A12 13,1" 14,0"

17° 46° Ant.L1 B11 38 278 11' 50' Ant L1 B12 L1 13,2" 14,2"

17° 46° Roches encaissantes : Ant.L1 C11 39 253 11' 50' Ant.L1 C01 et Ant L2 Ant L1 C12 13,6" 14,6" C02

Echantillonnage des chromitites de Bekapirijy-Antanimbary

Annexe 3. Photographies de quelques appareils de préparation mécanique des échantillons

Balance électrique Etuve

k

Annexes

Rotap Concasseur à mâchoires

Broyeur à disque Pilon-mortier

Aimant ventouse Appareil de quartage

l

Annexes

Annexe 4. Dosage du chrome

MODE OPERATOIRE : - Prise de 0,5g d’échantillon - Mettre entre 2 couches de peroxyde Na2O2 dans un creuset en nickel - Bien mélanger - Chauffer sur un bec à gaz (attaque sec) pendant 20 min - Laisser refroidir et reprendre avec de l’eau froide - Chauffer puis laisser se décanter. Filtrer avec un filtre rapide : (le filtrat jaune contient de chrome).laver à l’eau chaude - Ramener le volume du filtrat à 500ml. Soit R1 : le résidu. - Prendre 50 ml de ce filtrat, acidifier avec 50ml d’une solution d’acide sulfurique 10% - Ajouter à la burette un volume Vs = 30mld’une solution de sel de MOHR N/10 ; - Ajouter 5ml d’acide phosphorique puis 5 à 10 gouttes de Diphénylamine sulfonate de sodium à 0,5%. - Doser par retour avec une solution de Bichromate de Potassium N/10 jusqu’à l’obtention d’une coloration violette. Soit V= volume du bichromate de potassium versé lors du dosage. Poids du chrome = (Vs – V) x1,733 en mg Cr2 O 3 === 1,461 2Cr Le rapport entraine que : La masse de Cr2O3 est : (Vs-V) x 1,733 x 1,461 en mg

D’où = − %CrO2 3 ( VVxs )1,7331,46110 x xx 0,2

m

Annexes

Annexe 5. Dosage du fer par la méthode au bichromate (KUHLMANN) MODE OPERATOIRE : Prise d’essai : 0,500g (+ ou – 0,005) - Mélanger dans un petit creuset d’alumine la prise d’essai avec 5g de peroxyde de sodium. Mettre au moufle 90minutes à 650°c jusqu’à obtention d’une légère fusion à la surface du mélange fritté. Retirer et laisser refroidir. Placer le creuset dans un bécher de 1000ml et reprendre avec 300ml d’eau distillée. Après un arrêt de l’effervescence faire bouillir 3 minutes. Retirer. Neutraliser en ajoutant avec précaution 50ml d’acide sulfurique qui dissout la précipité d’hydroxyde. - Chauffer à début d’ébullition et précipiter le fer par addition de 100ml d’ammoniaque. Porter à nouveau à début d’ébullition. Retirer. Filtrer et laver soigneusement le précipité sur le filtre à l’aide d’un jet de pissette d’eau bouillante (la couleur jaune des bords du filtre due au chrome doit disparaitre). Percer le filtre à l’aide d’un fil de platine et entraîné le précipité d’hydroxyde dans un Erlenmeyer de 500ml. Terminer l’entrainement du précipité et le dissoudre par addition de 20ml de HCl. - Réduire à faible volume (inférieur à 100ml) par évaporation. Réduire à chaud par la solution de chlorure stanneux ajoutés goutte à goutte et en mettre une goutte en excès (La solution jaune formé devient incolore ou verte). La couleur verte provenant du chrome réduit éventuellement présent. Refroidir dans l’eau froide. - Ajouter ensuite 10ml de la solution de chlorure mercurique à 50g/l - Attendre 3minutes et diluer à 200ml. - Ajouter 15ml du mélange acide et 5 gouttes de la solution diphénylamine sulfonates de baryum. - Titrer par la solution de bichromate de potassium jusqu’à virage du vert à teinte violette persistante. Expression des résultats :

N : nombre de ml de solution de bichromate de potassium versés ;

N : titre en FeO de la solution bichromate de %FeO= × t × 100 t E potassium ;

E : prise d’essai en g.

n

Annexes

Détermination du titre exacte en FeO de bichromate de potassium Introduire à l’aide d’une pipette étalon dans un erlenmeyer de 500ml 25 ml de solution étalon de fer à 2g/l, ajouter (ml d’acide chlorhydrique et diluer à 75ml. Porter à début d’ébullition et continuer suivant III ; 25ml de solution de fer étalon à 2g/l= 0,050 x 1,286=0,0643

0,0643 t === N '

N’ : nombre de ml de bichromate de potassium versé

o

Table des matières

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS ...... i

SOMMAIRE ...... iii

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES ...... iv

LISTE DES PHOTOS ...... v

LISTE DES FIGURES ...... v

LISTE DES TABLEAUX ...... vii

ANNEXES ...... viii

INTRODUCTION ...... 1

PREMIERE PARTIE. GENERALITES SUR LE CHROME ET LA CHROMITE ET CADRE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE ...... 3

Chapitre I. GENERALITES SUR LE CHROME ...... 4 I.1 HISTORIQUE ...... 4 I.2 PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES ...... 4 I.2.1 Propriétés physiques ...... 4 I.2.2 Propriétés chimiques ...... 5 I.3 GEOCHIMIE ...... 5 I.3.1 Répartition du chrome dans les roches ...... 5 I.3.2 Cycle du chrome ...... 6 I.4 MARCHE INDUSTRIEL DU CHROME ...... 6 I.4.1 La métallurgie ...... 6 I.4.2 L’industrie CRF ...... 7

Chapitre II. GENERALITES SUR LA CHROMITE ...... 9 II.1 MINERALOGIE ...... 9 II.2 GENESE DE LA CHROMITE ...... 10 II.3 GISEMENTS ET REPARTITIONS DANS LE MONDE ...... 11 II.3.1 Gisements associés aux complexes stratiformes ...... 11 II.3.2 Gisements de type Alpin ...... 11 II.3.3 Gisements de chromite détritique ...... 12 II.4 PRODUCTION ET CONSOMMATION MONDIALE ...... 12

Chapitre III. CADRE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE ...... 16 III.1 LES CHROMITES DE MADAGASCAR ...... 16 III.1.1 Historique ...... 16 III.1.2 Géologie du précambrien de Madagascar ...... 17 III.1.3 Cadre géologique des minéralisations chromifères de Madagascar ...... 19 III.2 LES CHROMITITES D’ANTANIMBARY-MAEVATANANA ...... 22 III.2.1 Cadre géographique ...... 22

112

Table des matières

III.2.1.1 Localisation ...... 22 III.2.1.2 Orographie ...... 23 III.2.1.3 Pédologie ...... 23 III.2.1.4 Hydrographie ...... 23 III.2.1.5 Climat ...... 24 III.2.1.6 Végétation ...... 24 III.2.2 Cadre administratif et socio-économique ...... 25 III.2.3 Contexte géologique ...... 26 III.2.3.1 Domaine d’Antananarivo ...... 26 III.2.3.2 La nappe de Tsaratanàna ...... 27 III.2.3.3 La série de Maevatanàna ...... 27 III.2.4 Description des lentilles de chromitites d’Antanimbary ...... 29

DEUXIEME PARTIE. ETUDES EXPERIMENTALES ...... 31

Chapitre IV. METHODES EXPERIMENTALES ...... 32 IV.1 METHODES DE CARACTERISATION DU MINERAI ...... 32 IV.1.1 Etudes sur lames minces ...... 32 IV.1.1.1 Objectif ...... 32 IV.1.1.2 Confection des lames minces ...... 32 IV.1.1.3 Observation sous microscope optique des lames minces ...... 33 IV.1.2 Analyses par la microsonde électronique ...... 34 IV.1.2.1 Description et fonctionnement de la microsonde électronique ...... 34 IV.1.2.2 Paramètres de fonctionnement de la microsonde JXA-8100/8200 JEOL .... 35 IV.1.2.3 Résultats des analyses par la microsonde électronique ...... 36 IV.2 TRAITEMENT DE MINERAI ...... 39 IV.2.1 Définitions et principe ...... 39 IV.2.2 Préparation mécanique du minerai ...... 39 IV.2.2.1 Fragmentation ...... 39 IV.2.2.1.1 Définitions ...... 39 IV.2.2.1.2 Objectifs ...... 40 IV.2.2.1.3 Préparation mécanique des échantillons de chromitites d’Antanimbary 40 IV.2. 2.2 Analyse granulométrique ...... 41 IV.2.2.2.1 Définition et objectif de l’analyse granulométrique ...... 41 IV.2.2.2.2 Principe ...... 41 IV.2.2.2.3 Méthodes de calcul ...... 42 IV.2.2.2.4 Tamisage des échantillons de chromitites d’Antanimbary ...... 42 IV.2.2.2.5 Tracé de la courbe granulométrique ...... 44 IV.2. 3 Différents procédés de valorisation de minerai ...... 46 IV.2. 3.1 Concentration gravimétrique ...... 46 IV.2. 3.2 Séparation magnétique ...... 47 IV.2. 3.3 Flottation ...... 47 IV.2.3.4 Critères de choix de la méthode par séparation magnétique ...... 47 IV.3 LA SEPARATION MAGNETIQUE ...... 48 IV.3. 1 Principe s physi que s de la sé pa ration magne tique ...... 48 IV.3. 1.1 Propriétés magnétiques de la matière ...... 48 IV.3.1.1.1 Lois magnétiques ...... 48 IV.3.1.1.2 Classification des corps ...... 49 IV.3.1.1.3 Expréssion de la force magnétique ...... 50 IV.3.1.2 Bases théoriques de la séparation magnétique ...... 51

113

Table des matières

IV.3.1.3 Systèmes magnétiques et classification des séparateurs ...... 54 IV.3.1.3.1 Sources de champs magnétiques ...... 54 IV.3.1.3.2 Classification des séparateurs ...... 55 IV.3.2 Technologies des séparateurs magnétiques ...... 56 IV.3.2.1 Séparateurs magnétiques à basse intensité (SMBI) ...... 56 IV.3.2.1.1 Séparateurs en voie sèche...... 56 IV.3.2.1.2 Séparateurs en voie humide ...... 58 IV.3.2.2 Séparateurs magnétiques à haute intensité (SMHI) ...... 59 IV.3.2.2.1 séparateurs à circuits conventionnels (électroaimants) ...... 60 IV.3.2.2.2 Séparateurs à aimants permanents en céramique ...... 64 IV.3.2.3 Séparateurs magnétiques à haut gradient de champ (SMHG) et/ou à haut champ ...... 65 IV.3.3 criteres de choix des appareils...... 66

Chapitre V. ESSAIS EXPERIMENTAUX ...... 68 V.1. DESCRIPTION DE L’APPAREIL DE SEPARATION MAGNETIQUE ET PARAMETRES DE SEPARATION ...... 68 V.1.1 Description de l’appa re il ...... 68 V.1.2 Fonctionnement de l’ appare i l ...... 69 V.1.3 Paramè tre s de séparation m a gné tique à haute inte nsité par voie sè che ..... 70 V.2 PREPARATION DU MINERAI COMPOSITE ...... 71 V.3 ESSAIS DE VALORISATION PAR LA SEPARATION MAGNETIQUE A HAUTE INTENSITE PAR VOIE SECHE DE LA CHROMITE D’ANTANIMBARY ...... 76 V.3.1 Essai pré limin aire ...... 76 V.3.2 Deuxième essai ...... 79 V.3.3 Troisième essai ...... 80 V.3.4 Quatrième essai ...... 82 V.3.5 Cinquième essai ...... 83

Chapitre VI. INTERPRETATION DES RESULTATS ET RECOMMANDATIONS ... 85 VI.1 EXPRESSION DES RESULTATS ET INTERPRETATION ...... 85 VI.2 RECOMMANDATIONS ...... 88

CONCLUSION ...... 89

BIBLIOGRAPHIE ...... a

WEBOGRAPHIE ...... b

ANNEXES ...... c

TABLE DES MATIERES ...... 112

114

Titre : « ESSAIS DE VALORISATION PAR LA METHODE DE SEPARATION MAGNETIQUE A HAUTE INTENSITE DE LA CHROMITE D’ANTANIMBARY-MAEVATANANA »

Nombre de pages : 89

Nombre de tableaux : 32

Nombre de figures : 37

Nombre de photographies : 11

Nombre des annexes : 5

RESUME

Ce travail a été entrepris dans le but de valoriser le minerai de chromite à faible teneur d’Antanimbary-district Maevatanàna en utilisant la méthode de séparation magnétique à haute intensité (SMHI) par voie sèche. Des observations des lames minces sous microscope optique et des analyses à la microsonde électronique ont été réalisées en premier lieu et ont permis de caractériser la chromite et sa gangue qui est le chlorite. Les différents paramètres de la séparation magnétique tels que le débit d’alimentation, l’intensité du champ magnétique, l’ouverture de l’entrefer et la granulométrie de l’alimentation ont été optimisés pour obtenir une teneur et une récupération maximale de la chromite. Le minerai composite à 39,24% Cr 2O3 a été enrichi jusqu’à un concentré contenant 59,41% Cr 2O3 avec un rendement de récupération de 85,37%. Le concentré final produit a répondu à toutes les caractéristiques de la catégorie de concentré de chromite réfractaire.

Mots clés : chromite, Antanimbary, Maevatanàna, lames minces, Microsonde électronique, Séparation magnétique à haute intensité par voie sèche (SMHI)

SUMMARY

This work was undertaken to beneficiate a low grade chromium ore of Antanimbary-Maevatanàna using high intensity dry magnetic separation (HIDMS) technique. Observation of the thin blades under optical microscope and the analyses to Electron Probe Micro Analyser (EPMA) were carried out initially and made it possible to characterize chromite and its gangue which is the chlorite. The different parameters of magnetic separation such as the feed rate, intensity of the magnetic field, opening of the air-gap and particle size of the feed were optimized to obtain maximum grade and recovery of chromium. The composite ore containing 39,24% Cr 2O3 was upgraded to a concentrate assaying 59,41% Cr 2O3 with 85,37% recovery. The final concentrate produced met all the specifications of the refractory grade chromite concentrate.

Key words : chromite, Antanimbary, Maevatanàna, thin blades, Electron Probe Micro Analyser (EPMA), High intensity dry magnetic separation (HIDMS)

Auteur : RAKOTONDRAZAKA Ilaina Herimampianina

Tél : 0330286478

Mail : [email protected]

Adresse : lot FJM 59 ter Madiomanana Fenoarivo-Antananarivo 102

Rapporteurs : Dr ARISOA Rivah Kathy

Dott. MICHELE Franchi