Production du kaolin et les enjeux miniers et industriels

Introduction

Les dépôts de Géorgie aux Etats-Unis contiennent de 90 à de 95% de kaolinite. On rapporte que différents niveaux crétacés ont jusqu’à 12 m d’épaisseur et s’étendent plus de 2 km. tandis que l’épaisseur des séquences tertiaires atteint de 10 à 25 m et une longueur qui peu atteindre jusqu’à 18 km. Le dépôt de Weipa en Australie a de 8 à 12 m d’épaisseur et contient de 40 à de 70 % de kaolinite. On rapporte que le dépôt de Jari au Brésil contient plus de 250 Mt de kaolin de bonne qualité (catégorie commerciale), et plus de 200 Mt de réserves prouvées dans le gisement de Capim (Brésil). Les gisements de Ball Clay du Tennessee et du Kentucky se composent de kaolin avec de 5 à de 30 % de silice. Les différents dépôts ont plus de 9 m d’épaisseur et une longueur de 100 à 800m pour une largeur allant jusqu’à 300 m. La décision d’exploiter un gisement particulier de kaolin pour une utilisation spécifique dans l’industrie du papier, de la fibre de verre, de la céramique, ou autre, dépend de facteurs très divers, tels que la qualité brute de l’argile (in situ), la qualité du traitement, le coût du traitement, les possibilités de traitement et les coûts de transport. Dans la plupart des cas la décision dépend premièrement de la qualité de la matière première. La qualité du kaolin est contrôlée par sa composition minéralogie. On détermine l’aptitude à être utilisée dans une industrie précise en réalisant une série d’essais sur des échantillons (des carottes) (Elzea Kogel J. 2002). La concurrence économique sur le marché du kaolin, exige une diversification des produits, ce qui nécessite la prospection et l’exploration de nouveaux gisements, une exploitation intelligente, et un savoir faire de gestion des réserves, et la connaissance du processus de la production pour augmenter le rendement.

Prospection et exploration du kaolin

On présente ici les méthodes de prospection de gisements d’argiles d’un point de vue très général. Le processus du sondage et l’acquisition des données dans les gisements charentais seront expliqués dans le deuxième chapitre. Les secteurs à hauts potentiels sont choisis sur les critères géologiques. Selon le type de gisement (primaire ou secondaire), différents critères et diverses méthodes peuvent être utilisés. La localisation des exploitations actives, les zones d’exploitations anciennes les forages historiques, la géographie et la topographie sont considérés comme les guides pour la prospection. Pour les gisements primaires, les zone plus altérées sont plus intéressantes, et donc la fracturation de la roche mère et la circulation des eaux météorites et hydrothermales définissent la forme et la qualité du gisement. Vu la présence de différences significatives entre les propriétés physiques et chimiques de la roche mère et de la zone altérée certaines méthodes géophysiques peuvent rendre service. Grâce à l’industrie de pétrole, on constate le développement vertigineux de ces méthodes. Un des facteurs qui limite leurs utilisations dans l’industrie minière est leurs coûts élevés. La spectrométrie aéroportée de rayons gamma a été employée pour définir des cibles potentielles de kaolin dans le massif armoricain en Bretagne, (France). Cette méthode d’exploration est basée sur le principe que la kaolinite est constituée par l’hydrolyse de feldspaths potassiques avec élimination du potassium. Par conséquent, le contraste de la présence du potassium dans une roche favorable telle qu’un leuco-granite est probablement un marqueur significatif de l’occurrence de kaolin. En appliquant cette méthode au massif armoricain tout entier, il a été possible d’identifier 150 zones pauvres en potassium, Production du kaolin et les enjeux miniers et industriels Les argiles kaoliniques et leurs usages 29 dont 115 qui ont été soumises à un contrôle rapide et 36 qui ont contenu du kaolin (21 nouvelles découvertes). Cette méthode, est sûre pour l’environnement et facile à employer, c’est donc un bon outil pour définir rapidement des cibles potentielles de kaolin à l’échelle régionale (Tourliere B. et al. 2003). Les méthodes sismiques sont utilisées pour définir la géométrie du gisement et la variation de l’altération à l’intérieur du gisement. Pour les gisements secondaires, sédimentaires, la connaissance stratigraphique est la clé la plus importante pour la prospection des nouveaux gisements. La méthode de sismique réflexion à haute résolution a été utilisée par Hundret et al. (2006) pour interpréter le profil des sondages et trouver les sites de discordances de la formation Chaswood au Sud de la Nouvelle Ecosse. Une des méthodes récemment très utilisées pour connaître les structures du sous-sol à faible profondeur est celui du relevé radar (GPR). Des ondes électromagnétiques sont envoyées dans le sous-sol. Lorsque ces ondes rencontrent des changements de milieux, une partie est renvoyée vers la surface et enregistrée par le GPR. Plus la fréquence est élevée, plus la précision est grande, mais plus le signal est atténué par la profondeur atteinte. La gamme de fréquence va de quelques MHz à quelques GHz. La pénétration optimale en profondeur est réalisée sur les sols arénacés secs ou matériaux secs massifs tels que le granite, le calcaire, et le béton où la profondeur de pénétration va jusqu’à 15m. Dans les sols (ou les argiles) humides et les sols avec une conductivité électrique élevée, la pénétration est parfois très limitée. Beauvaisa et al. (2004) ont utilisés une combinaison de la tomographie électrique de résistivité (ERT) et les GPR pour étudier des étapes des systèmes latéritiques développés sur les roches cristallines du soussol au Sénégal oriental. 

Exploitation ou extraction du kaolin

Dans la plus part des cas le kaolin ne subit pas de traitements très compliqués. Les exploitants s’appuient donc sur les propriétés intrinsèques de ces minéraux dans le gisement, c’est pourquoi pour le producteur d’argile, la sélection optimale des qualités en carrières devient très importante. La gestion des réserves et le respect des spécifications commerciales nécessitent une bonne connaissance des réserves, d’autrement dit, la variabilité des substances (les éléments critères) en place doit être bien étudiée et bien maîtrisée. D’autre part les minéraux industriels ont des usages très variés ce qui impose d’une connaissance des différentes propriétés physico-chimiques. La maîtrise de l’utilisation de ces minéraux passe par la connaissance et la compréhension de ces propriétés. Le coût très élevé du traitement nécessaire pour améliorer certaines propriétés, et le prix de vente relativement bas de ces matériaux, sont également des éléments importants qui militent en faveur d’une bonne connaissance des caractéristiques intrinsèques des gisements. La plus grande partie de la production de Kaolin provient de carrières à ciel ouvert. Les couches d’argile réfractaire de bonne qualité de plus de 2 mètres d’épaisseur sont extraites parfois par des méthodes souterraines (Hora 1998). Dans le cas de présence d’une couverture très épaisse (plus de 35m) utilisation d’excavateurs (Rotary excavator) peut être justifiable (Berezhnoy 1961).