Les minéraux oxydés
Les sulfures de cuivre sont, au cours du temps, oxydés par des solutions acides. Les atomes de soufre et de fer sont alors remplacés par des hydroxydes et des carbonates pour donner naissance à de nouveaux minéraux. Certains d’entre eux sont listés dans le tableau 4.
Quelques images d’échantillons suivront également ce tableau.
Les gisements cuprifères
Caractéristiques des gisements et métallogénie
Les minerais de cuivre ne se présentent pas tous de la même manière au sein de l’écorce terrestre. Une multitude de variétés peuvent être évoquées selon les critères choisis. Les caractéristiques des plus importants économiquement, seront évoqués dans ce paragraphe.
Les gisements porphyriques
Une roche porphyrique est une roche magmatique contenant de gros cristaux entourés d’une pâte microcristalline. Les gisements porphyriques se forment dans des zones liées aux phénomènes tectoniques : les zones orogéniques, limites de plaques, le long des arcs insulaires. Leur principale caractéristique est qu’il y existe un métal majeur qui est ici le cuivre et des métaux secondaires notamment le molybdène ou l’or. La teneur en cuivre peut rarement arriver jusqu’à 2 % mais en général celle-ci reste dans la moyenne de 0,5 %. L’exploitation de ces métaux secondaires comme sous-produit explique la grande importance de ce type de gisement sur le plan économique. Les minéraux primaires sont en général de la pyrite, de la chalcopyrite ou de la bornite. Selon la nature de la roche encaissante, il peut être question de gisements porphyriques cuprifères proprement dit, de gisements de skarns et de gisements filoniens centrés sur l’intrusion.
Les gisements stratiformes
Ils se rencontrent dans un environnement sédimentaire situé à l’intérieur de la lithosphère continentale et en liaison à un volcanisme basique. Le caractère stratifié de ces gisements se traduit par le fait que le corps minéralisé constitue une couche à part entière avec une forte teneur en cuivre moyennant les 2,2 % mais pouvant aller jusqu’à 5 %. La chalcocite et la bornite sont les principales espèces minérales rencontrées, mais il peut aussi se trouver du cuivre natif ou de la chalcopyrite. Ces minéraux sont souvent encaissés soit par des schistes et marnes cuprifères avec des sédiments détritiques fins soit par grès cuprifères avec des sédiments plus grossiers.
Les gisements sulfurés hydrothermaux
Ces gisements sont formés par la précipitation des métaux contenus dans les solutions hydrothermales de métaux et de soufre. Il se distingue des minerais en amas lenticulaires ayant une teneur en cuivre moyenne de 1,35 %. La pyrite est le principal minéral mais il peut aussi se rencontrer de la chalcopyrite avec des métaux précieux, des galènes et des blendes.
Les formations encaissantes peuvent être des séries volcaniques acides ou basiques, des sédiments peu profonds proches des appareils volcaniques, des sédiments géosynclinaux pyroclastiques ou des séries marines sans manifestation volcanique récente.
Les gisements sulfurés polymétalliques
On parle ici de minerai polymétallique où le cuivre est un sous-produit du nickel. La teneur en cuivre est en moyenne de 0,7%. Il se remarque une liaison étroite avec des complexes basiques et ultrabasiques et l’absence de gangue exceptée la roche encaissante.
Les indices, gîtes et gisements de cuivre à Madagascar
Madagascar possède plusieurs zones de minéralisations en cuivre réparties sur presque tout le territoire. Malgré le fait qu’aucune minéralisation majeure au niveau international n’ait encore été découverte, les indices actuellement connus pourraient mener à de gisements importants. La majorité de ces indices étant de nature alluvia le, il est permis de proposer que les minéralisations en cuivre seraient probablement dans des sédiments cuprifères des bassins du Protérozoïque.
Les minéralisations en cuivre de la Grande Île peuvent être classées en cinq grandes zones selon leur emplacement géographique à savoir :
La zone de Daraina
Située au Nord dans le domaine de Bemarivo, les indices de cuivre s’y trouvent dans les roches volcaniques calco-alcalines ainsi que dans les formations méta-sédimentaires du Néoprotérozoîque. Les minéralisations en cuivre y sont associées spatialement à des roches à épidote du Groupe de Daraina-Milanoa. Celles-ci sont recoupées par des complexes de granites leucocrates à biotite et/ou biotite-muscovite présentes dans la Suite de Manambato.
Il est aussi probable de trouver de nouveaux indices dans les minéralisations à sulfure massif d’origine volcanique.
La zone du plateau d’Antanimena
C’est une zone peu étendue située vers l’Ouest de l’île dans le bassin de Mahajanga. Provenant de l’érosion des basaltes du Crétacé, les indices contiennent des éléments lithiques à cuivre natif. Il existe également des indices associés à des limburgites, des basaltes et des sakalavites du Crétacé ayant des ressemblances avec des minéralisations de type basaltique, volcanique ou de type grès rouge du Permien. Ces grès rouges sont situés dans le secteur deBesakoa et ressemblent beaucoup aux minéralisation en cuivre sédimentaire.
La zone d’Antsahabe-Ankera
Elle se situe au centre de l’île et est confondue avec le Complexe de Tsaratanana. Les indices se situent dans les ceintures de roches vertes d’Andriamena et de Beforona. Les minéralisations sont probablement liées aux minéralisations en nickel et cuivre qui sont d’origine magmatique et sont associées à des intrusions basiques à ultrabasiques.
La zone d’Itremo
Situé également au centre de l’île dans le domaine d’Itremo, les indices se trouvent au sein de quartzites, de schistes, de carbonates, de gneiss basique et de cipolins. Une étude plus détaillée de ces minéralisations sera effectuée dans le chapitre II.
La zone de Vohibory
Elle se situe au Sud de l’île dans les domaines de Vohibory et Anosy-Androyen. Les indices sont trouvés dans des skarns provenant du métamorphisme des marbres. Il se constate vers l’Ouest la présence de sulfures massifs indiquant une probable forte minéralisation en cuivre.
PRÉSENTATION DE LA ZONE D’ÉTUDE
Contexte géographique
Localisation
Ambatofinandrahana est le chef-lieu du district du même nom. Elle se trouve au point kilométrique 67 de la RN35. Notre échantillon provient d’une carrière de malachite situé à 3km à l’Est d’Ambatofinandrahana, dans une localité du nom de Tetikanana.
La région étudiée se trouve à cheval sur trois districts : dans la partie orientale du district d’Ambatofinandrahana, sur la partie Nord du district de Manandriana et sur une portion occidentale du district d’Ambositra tous situés dans la région Amoron’i Mania, province de Fianarantsoa. Le gisement de cuivre d’Ambatovarahina dépasse même vers le district d’Ambositra. La zone globale est accessible par voie routière en empruntant la RN35 depuis le point kilométrique 274 de la RN7. Plusieurs pistes carrossables mènent vers les différents sites des minéralisations.
Géographie physique
Géomorphologie
Le relief de la région est généralement complexe avec des altitudes globales allant de 1200m jusqu’à plus de 1900m. Il se distingue principalement un relief accidenté avec des pentes abruptes et souvent désertiques. Des collines formées par des roches calcaires peuvent également être aperçues avec des structures karstiques. Des massifs granitiques et quartzitiques enveloppent les zones de dépression qui sont représentées par d’étroites vallées.
Climat
Le climat de la région est assez similaire à celui des Hautes Terres avec deux saisons pluvieuse et sèche qui se succèdent le long de l’année. Vers l’Ouest se rencontre un climat humide un climat subhumide vers l’Est. Les précipitations annuelles se tiennent en général entre 1200mm et 1400mm pour des températures variant de 15°C à 32°C en saison chaude et de 5°C à 22°C en saison fraîche. La température moyenne annuelle se situe entre 16°C et 17°C.
Hydrographie
La région d’Ambatofinandrahana se trouve dans le bassin versant de la Mania, formant lui-même un sous bassin versant du Tsiribihina. Le réseau hydrographique est généralement formé de rivières et de ruisseaux.
Cadre socio-économique
La population de la région est essentiellement des Betsileos avec de rares populations Merina immigrés. Les principales localités se trouvent à l’intérieur et aux alentours des zones de dépression. Quelques villages isolés peuvent toutefois se rencontrer dans les hautes collines.
Les habitants vivent principalement de l’agriculture. La riziculture en est la plus importante mais il peut aussi se rencontrer quelques plantations de manioc, de patates ou des haricots.
L’élevage bovin est aussi important dans les pâturages des collines. Les élevages porcin et de volailles se remarque également dans presque tous les villages.
Étude géologique
Contexte géologique de la région d’Ambatofinandrahana
La zone d’étude se trouve dans le sous-domaine d’Itremo dans le domaine d’Antananarivo. A. EMBERGER a élaboré en 1953 une stratigraphie du sous -sol de la région d’Ambatofinandrahana et qui a ensuite été résumé par H. BESAIRE dans le Lexique Stratigraphique International (1961) tel qu’il est décrit par Guy DELUBAC dans Comptes rendus de la semaine géologique 1963. Cette classification se présente comme suit.
Socle du vieux Précambrien
Le vieux socle est généralement associé à un métamorphisme catazonal. Il se compose de paragneiss relatifs au domaine d’Ikalamavony ayant une structure gneissique nette. Il est également à noter la présence de granites migmatitiques amphiboliques et des paragneiss à biotite dans lesquels il se rencontre des lentilles d’amphibolites et de quartzites. L’anatexie relative à ces paragneiss a engendré la présence de migmatites qui se rattachent aux migmatites et se présentant en bancs stratoïdes et concordants.
Série de marbres avec une base schisteuse et quartzitique
Sur le vieux socle se reposent des formations issues du précambrien supérieur ayant un degré de métamorphisme plus faible que celui-ci, correspondant notamment à l’épizone et le mésozone. Elles se composent en séries de marbres dolomitiques pouvant conduire jusqu’à de véritables quartzites. D’ailleurs, ces quartzites s’intercalent en lentilles dans une baseschisteuse ne dépassant pas une vingtaine de mètres de puissance.
Complexe intrusif d’Ambatofinandrahana.
Cette dénomination est due au fait que ces formations sont intercalées la série de marbres et une autre série de schistes et de quartzites non visible dans notre zone d’étude. Il s’y rencontre des intrusions gabbroîques et des filons granitiques à grain fin. La puissance de ces couchesvarie généralement de 10 à 50 mètres.
Granites intrusifs
Ce sont des granites éocambriens âgés de 550 MA formant de gros massifs recoupant les séries métamorphiques. Un métamorphisme de contact peu y être rencontré pouvant entraîner la présence de tourmaline dans les quartzites de la strate inférieure.
Pegmatitisation éocambrienne
Guy DELUBAC rapporte dans Comptes rendus de la semaine géologique 1963 que « Il s’agit surtout de pegmatites sodolithiques, analogues à celles de la Sahatany, avec rubellite abondante et parfois lépidolite, mais aussi quelques pegmatites potassiques à béryl. ». J. GUIGUES a étudié les formations de pegmatites sodholitiques qui se trouvent dans une puissante formation de cipolins avec une inclinaison de 50 à 80° W.
Une carte décrivant le socle cristallin précambrien de la région d’Ambatofinandrahana est donnée sur la figure18.
LE TRAITEMENT DES MINERAIS
Les substances minérales, y compris donc le cuivre, se présentent rarement dans la nature à l’état natif. En effet, elles sont souvent accompagnées d’autres substances minérales qui ne figurent pas parmi celles que l’exploitant veuille garder. Ces dernières sont dénommées gangues. Il s’avère ainsi nécessaire d’extraire la substance à valoriser du tout-venant fourni par la mine.
Le traitement des minerais réunit l’ensemble des techniques mises en œuvre pour séparer ces substances minérales utiles des gangues. Le traitement des minerais comprend deux étapes qui sont :
La libération qui consiste à réduire les blocs de roches en mélange de fines particules composé par les substances minérales utiles et les gangues. Elle est réalisée par concassage et/ou broyage et est donc un procédé physique.
La séparation ou concentration qui consiste à identifier les substances valorisables dans le mélange afin d’obtenir un concentré plus proche du produit final. Elle peut être unprocédé physique ou chimique.
Les différentes méthodes de traitement des minerais
La grande diversité de substances minérales et de minerais qui peuvent les contenir implique la mise en œuvre de différents procédés de traitement des minerais. En effet, chaque minéral possède ses propres caractéristiques qui lui impose ainsi une méthode bien définie.
Les plus importantes d’entre elles seront abordées dans ce paragraphe.
La séparation gravimétrique
C’est une méthode physique qui repose sur l’exploitation de la densité des minerais. Elle dépend donc de la masse volumique des constituants, mais aussi de la maille de libération et de la répartition granulométrique de ces différents composants. Cette méthode peut être utilisée soit pour concentrer directement le minerai comme le cas du charbon, ou bien à des fins préparatoires pour éviter des coûts de traitement trop élevées pour certains minerais et donc pour l’obtention de préconcentrés.
La séparation magnétique
C’est également une méthode physique mais qui dépend des propriétés magnétiques de la substance à valoriser. Plus précisément, ce sont les comportements des minéraux face à un champ magnétique qui y sont exploités.
La flottation
Il s’agit de la méthode la plus utilisée dans le secteur minier. Elle nécessite l’utilisation d’un appareil spécial qui peut être une cellule de flottation ou une colonne de flottation. C’est une méthode physico-chimique qui consiste à attribuer à certaines substances présentes dans un mélange aqueux dit pulpe, une affection particulière à des bulles de gaz provoquées par un moussant. Ces bulles vont alors converger vers la surface du mélange entrainant avec elles les substances minérales utiles. Elles vont donc « flotter » à la surface du mélange d’où le nom de la méthode. Il suffit ensuite de retirer ces produits pour obtenir un concentré.
La lixiviation
C’est une méthode chimique qui consiste à mélanger ou arroser le minerai avec un réactif propre à la substance à extraire. Celle-ci va ensuite être extraite de la solution ainsi obtenue dite lixiviat par précipitation ou par électrolyse.
Cette technique est la base de la méthode qui sera appliquée dans la suite des présentes recherches.
L’extraction du cuivre
Le traitement hydrométallurgique
Le traitement hydrométallurgique est une technique spécifique pour extraire les métaux par voie liquide. Il consiste à dissoudre les métaux contenus dans un minerai dans une solution puis de les séparer après. Le degré de pureté obtenu par cette méthode est plus important que celui obtenu par les autres procédés métallurgiques. Elle présente aussi l’avantage d’être moins énergivore.
L’hydrométallurgie comporte différentes étapes qui sont :
La lixiviation qui est la dissolution des métaux à l’aide d’une solution pouvant être un acide ou une base. Il s’obtient ainsi une solution dite lixiviat.
La purification qui est la séparation des différents métaux contenus dans le lixiviat. Elle peut être effectuée par précipitation, par cémentation ou en utilisant un solvant. Le lixiviat donne alors une solution pure ne contenant que le métal désiré.
L’électrolyse qui consiste à extraire de cette dernière solution le métal en question.
Pour le cas spécifique de l’extraction du cuivre, l’hydrométallurgie est surtout utilisée pour traiter les minerais oxydés, mais elle peut également être appliquée pour le cas des minerais sulfurés à faible teneur en Cu.
Caractérisation chimique
La caractérisation chimique permet de déterminer les pourcentages correspondant aux principaux éléments chimiques constituant le minerai. La méthode qui sera utilisée est l a spectrométrie de fluorescence des rayons X.
La spectrométrie de fluorescence des rayons X (XRF)
La spectrométrie de fluorescence des rayons X, abrégé en SFX ou FX ou XRF en anglais pour « X-ray fluorescence » est une technique non destructrice d’analyse chimique utilisant la propriété de fluorescence de rayons X de la matière.
La fluorescence de rayons X est une réémission secondaire de rayons X par la matière suite à un bombardement de celle-ci avec des rayons X. Les rayons X sont utilisés pour exciter les atomes qui sont dans l’échantillon, ce qui leur fait émettre des rayons X à énergie caractéristique de chaque élément présent. L’intensité et l’énergie de ces rayons X sont ensuite mesurées.
Table des matières
REMERCIEMENTS
SOMMAIRE
LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION GENERALE
PREMIÈRE PARTIE : GÉNÉRALITÉS ET RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES
INTRODUCTION DE LA PREMIERE PARTIE
CHAPITRE I: LES MINERAIS CUPRIFÈRES
CHAPITRE II: PRÉSENTATION DE LA ZONE D’ÉTUDE
CHAPITRE III: LE TRAITEMENT DES MINERAIS
CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE
DEUXIÈME PARTIE : MÉTHODOLOGIES APPLIQUÉES
INTRODUCTION DE LA DEUXIEME PARTIE
CHAPITRE IV: CARACTÉRISATION DU MINERAI D’AMBATOFINANDRAHANA
CHAPITRE V: HYDROMÉTALLURGIE DU MINERAI
CONCLUSION DE LA DEUXIEME PARTIE
TROISIEME PARTIE : ETUDES EXPERIMENTALES
INTRODUCTION DE LA TROISIEME PARTIE
CHAPITRE VI: ESSAIS AU LABORATOIRE
CHAPITRE VII: RESULTATS DES EXPERIENCES
CONCLUSION DE LA TROISIEME PARTIE
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
REFERENCES WEBOGRAPHIQUES
ANNEXES
TABLE DES MATIERES
RESUME
ABSTRACT
