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Co
Cobalt

Le cobalt a d’abord été extrait de minerais arséniés avec une production de fumées d’oxyde d’arsenic, toxique. C’est d’ailleurs de là que provient son nom, de l’allemand Kobol signifiant lutin, car les premiers mineurs à avoir tenté de l’extraire pensaient que cette réaction était le fruit d’un esprit maléfique.

Le cobalt est aujourd’hui l’un des métaux dont les réserves sont les plus critiques. La demande ne cesse d’augmenter en raison de son utilisation dans les batteries et aimants supraconducteurs. Les réserves sont estimées à 75 ans pour l’instant, mais si la demande continue de croître sur le même modèle, elles tomberont à 25 ans d’ici 2028.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structures cristallines Rayon métallique pour la coordinence 12
27 58,93 g.mol-1 [Ar] 3d7 4s2 alpha puis gamma au dessus de 421°C

  • alpha : hexagonale compacte de paramètres a = 0,251 nm et c = 0,407 nm
  • gamma : cubique à faces centrées de paramètre a = 0,354 nm
125,2 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de Curie Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
8,9 g.cm-3 5 1 121°C 1 495°C 2 870°C 17,2.106 S.m-1 100 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de
Pauling
pKs : Co(OH)2 pKs : Co(OH)3 pKs :  CoS alpha pKs : CoS bêta
1,88 14,2 44,5 20,4 24,6

Constantes d’acidité :

Co2+aq/CoOH+aq pKa = 9,8
Co3+aq/CoOH2+aq pKa = 1,8

Potentiels standards :

CoO2(s) + H2O + e = CoOOH(s) + OH E° = 0,7 V
CoO2 + 2H2O + e = Co(OH)2(s) + 2OH E° = -0,22 V
CoOOH(s) + H2O + e = Co(OH)2(s) + OH E° = 0,17 V
Co(OH)2(s) + 2e = Co(s) + 2OH E° = -0,73 V
CoIIIaq + e = Co2+ E° = 1,77 V
Co2+ + 2e = Co(s) E° = -0,29 V

Données thermodynamiques

Cobalt alpha :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 30 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 24,8 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 15,5 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 382,4 kJ.mol-1
Cobalt gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 424,8 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 380,5 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 179,5 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 23 J.K-1mol-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur de l’écorce terrestre est comprise entre 25 et 29 ppm de cobalt.

Minerais

Ils sont très nombreux sous forme d’oxydes, carbonates, sulfures, arséniures (smaltite : CoAs2), thioarséniures (cobaltite : CoAsS)… de teneurs variant de 0,5 à 2,5 % de Co. Dans les gisements exploités, le cobalt est, en général, associé au cuivre ou au nickel et est co-produit lors des opérations métallurgiques d’obtention de ces éléments.

Le cobalt est co-produit de l’extraction de minerais de cuivre en République Démocratique du Congo et en Zambie, de l’extraction de minerais sulfurés de nickel en Russie, Canada, Australie, de minerai latéritiques de nickel en Nouvelle Calédonie, Cuba, Indonésie, Australie, Philippines, Madagascar. En Afrique du Sud, le cobalt est, en partie, co-produit de l’exploitation de métaux précieux et en Chine de celle de minerais de fer.
La seule mine exploitant exclusivement un minerai de cobalt, de la smaltite (CoAs2)
, hors la produc
tion artisanale de la R.D. du Congo, est celle de Bou Azzer au Maroc.
En 2020, 60 % du cobalt extrait provient de mines de cuivre, 38 % de mines de nickel et 2 % de la mine de cobalt de Bou Azzer. 6,7 % des revenus des exploitations minières de nickel proviennent du cobalt, 1,3 % pour celles de cuivre.
Lorsque le minerai de nickel est destiné à la fabrication de ferronickel, le cobalt contenu n’est pas récupéré.

Productions minières

Production minière de cobalt

En 2021, en tonnes de Co contenu, sur un total mondial de 159 867 t. Sources : USGS et Cobalt Institute

en t de Co contenu, sur un total mondial de 159 867 t
R.D. du Congo 118 000
Cuba 3 900
Russie 7 600 Papouasie Nlle Guinée 3 000
Australie 5 600 Madagascar 2 500
Philippines 4 500 Maroc 2 300
Canada 4 300 Chine 2 200

Sources : USGS et Cobalt Institute

République Démocratique du Congo : la production provient des provinces de Lualaba et du Haut-Katanga où, outre des mines, les tailings (rejets miniers) des anciennes exploitations de cuivre renferment des quantités importantes de cobalt. La production congolaise est principalement exportée sous forme de concentrés miniers mais aussi à un degré moindre, après un premier traitement pyrométallurgique, sous forme d’alliage blanc (voir plus loin la partie métallurgie) ou encore sous forme d’hydroxyde, de carbonate ou de métal obtenu par électrolyse.
Il y a 15 producteurs dont 6 représentent 80 % de la production du pays.
La production est pénalisée par les difficultés de fourniture d’énergie électrique et les problèmes de transport.

  • Glencore contrôle la mine de Mutanda avec des réserves prouvées et probables de 134 millions de t de minerai renfermant 1,52 % de Cu et 0,70 % de Co et une production, en 2021, de 6 300 t de Cu et de 3 900 t de Co. La production avait été suspendue fin 2019 pour reprendre en 2021. Glencore contrôle également la société Katanga Mining qui possède en particulier la mine souterraine de Kamoto, avec 128 millions de t de réserves prouvées et probables de minerai contenant 3,86 % de Cu et 0,51 % de Co et une production, en 2021, de 264 400 t de Cu et 23 800 t de Co. Fin 2018, l’exportation de l’hydroxyde de cobalt produit par Katanga Mining a été suspendue temporairement à cause d’un teneur trop élevée en uranium et reprise depuis après la mise en place d’une unité d’extraction de l’uranium par résines échangeuses d’ions. En 2021, Glencore a assuré 23,5 % de la production congolaise.
  • La société Tenke Fungurume Mining, détenue à 80 % par CMOC (ex China Molybdenum) qui a acheté, en 2016, les parts de Freeport McMoRan et de Lundin Mining, et 20 % par Gécamines, exploite, à ciel ouvert, une mine possédant des réserves prouvées et probables de 182,6 millions de t de minerai contenant 2,2 % de Cu et 0,31 % de Co. En 2021, la production a été de 209 120 t de Cu et 18 501 t de Co. Le minerai, traité en partie par hydrométallurgie, donne après lixiviation, extraction par solvant et électrolyse des cathodes de cuivre et de l’hydroxyde de cobalt. En 2021, Tenke Fungurume a assuré 15,7 % de la production congolaise.
  • Le groupe kazakh Eurasian Resources Group (ERG) possède 70 % de la société Boss Mining, à côté de Gécamines avec 30 %, qui exploite la mine de Kakanda avec des réserves de 14,9 millions de t de minerai renfermant 2,6 % de Cu et 0,1 % de Co. En 2015, la production avait été de 4 640 t de cobalt contenu, envoyé d’une part à la raffinerie de Chambishi, en Zambie et d’autre part exporté en Chine. En février 2019, l’exploitation de la mine de Kakanda a été suspendue. ERG exploite également la mine Frontier avec 84 254 t de Cu, en 2019. ERG a débuté par ailleurs, en 2019, le projet Metalkol RTR à Kolwezi qui envisage de traiter pendant 50 ans, 112,8 millions de t de rejets miniers renfermant 1,49 % de Cu et 0,32 % de Co, soit un total de 1,68 million de t de Cu et 360 000 t de Co, avec une production annuelle dans une première phase de 77 000 t de Cu et 14 000 t de Co. En 2020, ERG a assuré 11 % de la production congolaise.
  • Le groupe chinois Zhejiang Huayou Cobalt contrôle les sociétés Congo Dang Fang International et Minière de Kasombo (Mikas).
  • Le groupe indien Shalina contrôle la société Chemaf qui exploite la mine Etoile, avec, en 2017, une production de 27 000 t de Cu et 5 000 t de Co.
  • La Société de Traitement du Terril de Lubumbashi (STL) détenue par le groupe public Gécamines exploite une partie de l’accumulation, entre 1924 et 1992, des scories issues des activités métallurgiques de l’Union Minière du Haut Katanga puis de la Gécamines. La partie exploitée représente 4,5 millions de t de scories, sur un total de 14,5 millions de t, renfermant 2,1 % de cobalt. Un traitement pyrométallurgique sur place donne un « alliage blanc », renfermant 18 % de Co, 10 % de Cu, qui est raffiné, en Finlande à Kokkola. La production, en 2016, en métal contenu, avait été de 3 900 t de cobalt, avec une capacité de production de 5 500 t/an de cobalt, 4 000 t/an de cuivre et 22 000 t/an d’oxyde de zinc. La production, interrompue entre 2017 et 2019 a repris en octobre 2019.
  • Le groupe chinois Jinchuan a pris le contrôle de la société Metorex qui exploite (avec 75 % des parts de la société, 25 % pour Gécamines) la mine de Ruashi avec des réserves prouvées et probables de 4,8 millions de t de minerais renfermant 2,9 % de Cu et 0,2 % de Co ainsi que 5,9 millions de t de terrils renfermant 1,4 % de Cu et 0,2 % de Co. En 2021, la production a été de 33 063 t de Cu et de 3 379 t de cobalt contenu sous forme d’hydroxyde exporté en Chine.
  • Gécamines, groupe contrôlée par l’État congolais détient des participations dans de nombreuses sociétés minières.
  • De nombreuses exploitations artisanales, contrôlées principalement par des intérêts chinois, sont en activité, avec une part estimée, en 2021, à 12 % de la production congolaise totale soit 14 500 t de Co contenu.

En Russie, la production est principalement assurée par Nornickel (Norilsk) comme co-produit de la production de nickel, voir ce chapitre. Le minerai est traité, en Russie dans la péninsule de Kola ou en Finlande dans la raffinerie de Harjavalta.

Australie :

  • Nickel West, filiale de BHP-Billiton exploite, en Australie de l’Ouest, des minerais sulfurés de nickel à Mt Keith et Leinster qui ont produit, en 2020-21, 988 t de cobalt et 89 000 t de Ni.
  • Minara Ressources, filiale du groupe Glencore exploite des minerais latéritiques de nickel, à Murrin Murrin, avec des réserves de 68,5 millions de t de minerai contenant 1,09 % de Ni et 0,110 % de Co. L’exploitation est prévue durer 40 ans. En 2021, la production de Murrin Murrin a été de 33 700 t de nickel dont 30 100 t attribuées à Glencore et 2 800 t de cobalt dont 2 500 t attribuées à Glencore.

Philippines : la société Nickel Asia Corporation exploite des mines de nickel et exporte une grande partie de son minerai en Chine et au Japon pour la production de ferronickel mais aussi extrait du minerai de limonite, dans deux mines, Rio Tuba, dans l’île de Palawan, détenue à 60 %, qui a produit, en 2021, 2,917 millions de t de limonites renfermant 1,03 % de Ni livrées à l’usine hydrométallugique de Coral Bay et Taganito, au nord de l’île de Mindanao, détenue à 65 %, qui a produit, en 2021, 3,999 millions de t de limonites renfermant 1,08 % de Ni livrées à l’usine hydrométallurgique de Taganito. Les réserves prouvées et probables de limonites sont de 167 millions de t de minerai renfermant 1,04 % de Ni et du cobalt. Les usines de Coral Bay détenue à 54 % par Sumitomo, 18 % par Mitsui, 18 % par Sojitz et 10 % par Nickel Asia avec une capacité de production de 24 000 t/an de Ni contenu et 1 500 t/an de Co contenu et une production, en 2020, de 19 100 t de Ni et Taganito détenue à 75 % par Sumitomo, 15 % par Mitsui de 10 % par Nickel Asia avec une capacité de 36 000 t/an de Ni contenu et 3 000 t/an de Co contenu et une production, en 2020, de 29 400 t de Ni produisent du sulfate double de nickel et de cobalt renfermant 57 % de Ni et 4 % de Co exporté au Japon pour être raffiné par Sumitomo Metal Mining Company (SMMC).

Canada :

  • La mine à ciel ouvert de Voisey’s Bay, au Labrador, exploitée par Vale, a débuté sa production en novembre 2005. Elle est devenue souterraine en 2022. Ses réserves prouvées et probables sont de 26,8 millions de t de minerai à 1,95 % de Ni, 0,85 % de Cu, 0,12 % de Co. L’extraction est de 6 000 t/jour avec production d’un concentré de cuivre et d’un concentré mixte Ni-Cu-Co. Les concentrés sont expédiés dans la raffinerie de Long Harbour, à Terre Neuve. En 2021, la production a été de 338 130 t de Ni, 20 200 t de Cu, 1 770 t de Co.
    Par ailleurs, Vale exploite des mines souterraines à Sudbury, en Ontario, possédant des réserves de 53,8 millions de t de minerai renfermant 1,33 % de Ni, 1,59 % de Cu, 0,04 % de Co, 1,16 g/t de Pt, 1,38 g/t de Pd, 0,43 g/t de Au. La production de Sudbury a été, en 2021, de 46 200 t de Cu, 32 180 t de Ni, 304 t de Co, 2,4 t de Pt, 3,1 t de Pd, 0,84 t de Au. La mine souterraine de Thomson, dans le Manitoba, a produit, en 2021, 5 880 t de Ni, 400 t de Cu et 35 t de Co.
  • Glencore, exploite 2 mines souterraines à Sudbury (Fraser et Nickel Rim South) et 4 mines souterraines à Raglan, dans la province de Québec. Les concentrés miniers sont expédiés à la fonderie de Sudbury pour former des mattes qui sont traitées dans la raffinerie de Kristiansand, en Norvège, cette dernière produisant les métaux purs. Les réserves des mines de Sudbury et Raglan sont de 28,8 millions de t contenant 2,06 % de Ni, 0,84 % de Cu, 0,05 % de Co, 0,52 g/t de Pt, 0,90 g/t de Pd. En 2021, les mines canadiennes de Glencore ont donné, en propre, 55 200 t de nickel, 21 800 t de cuivre, 1 100 t de cobalt, 9,2 t d’argent, 0,47 t d’or, 0,58 t de palladium, 1,03 t de platine, 124 kg de rhodium.

Cuba : le gisement de Moa Bay, situé dans la province de Holguin, est exploité par Moa Joint Venture, détenue moitié-moitié par Sherrit et General Nickel Company, société de l’État cubain. Le minerai latéritique, extrait à ciel ouvert et concentré sous forme de sulfures mixtes de nickel et de cobalt, est traité dans la raffinerie de Fort Saskatchewan, dans l’Alberta, au Canada. En 2021, la production a été de 31 184 t de Ni et 3 526 t de Co. Les réserves prouvées et probables sont de 48,5 millions de t renfermant 1,16 % de Ni, 0,13 % de Co.

Papouasie Nouvelle Guinée : la société Ramu Nickel, détenue à 85 % par des intérêts chinois (Metallurgical Corporation of China (MCC), Jilin Jien Nickel, Jiuquan Iron & Steel et Jinchuan), 6,44 % par des sociétés étatiques de Papouasie et 8,56 % par la société australienne Highlands Pacific, acquise en janvier 2019 par le fonds d’investissement canadien Nickel28, exploite à ciel ouvert un minerai latéritique de nickel-cobalt dans la mine de Krumbukari. Le minerai sous forme de pulpe est acheminé par un pipeline de 135 km de long jusqu’à la raffinerie de Basamuk où le minerai est traité par lixiviation acide haute pression pour donner un mélange d’hydroxydes de nickel et de cobalt. En 2021, la production a été de 31 594 t de Ni et 2 953 t de Co. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2019, de 54 millions de t de minerai renfermant 0,88 % de Ni et 0,09 % de Co.

Madagascar : l’exploitation d’Ambatovy, détenue par Sumitomo Corporation à 54 % et par Kores à 46 % est entrée en production en 2012. En 2020, la part de 12 % initialement détenue par de Sherritt a été vendue à ses deux partenaires. Le gisement de latérite s’étend sur une surface de 1 800 hectares à une profondeur comprise entre 20 et 100 m. Le minerai additionné d’eau forme une pulpe envoyée à un débit de 836 t/h par un pipeline de 220 km, en 30 heures, jusqu’à l’usine de transformation de Toamasina. Le minerai est traité par hydrométallurgie à l’aide d’une lixiviation à l’acide sulfurique sous pression, à 5 000 kPa et 260°C, dans des autoclaves selon le procédé Sherrit (voir plus loin). La capacité de production prévue est de 60 000 t/an de Ni, 5 600 t/an de Co et 210 000 t/an de sulfate d’ammonium destiné à l’industrie des engrais. Le nickel et le cobalt à 99,8 % sont livrés en poudre ou briquettes. En 2019, la production avait été de 33 733 t de Ni, 2 900 t de Co et 81 850 t de sulfate d’ammonium ont été vendues. Les réserves prouvées et probables sont de 152,1 millions de t renfermant 0,93 % de Ni et 0,08 % de Co. La production a été arrêtée de mars 2020 à mars 2021 suite à la propagation de la COVID-19.

Maroc : la Compagnie de Tifnout Tiranimine (CTT), filiale du groupe Managem, exploite la mine de Bou Azzer et traite, par hydrométallurgie, le minerai à Guemassa en produisant des cathodes de cobalt à 99,3 %. Le minerai d’arséniure de cobalt est relativement riche avec environ 1 % de Co. Les réserves sont de 13 119 t de métal contenu. En 2021, la production est de 1 796 t de cathodes de cobalt.

Nouvelle Calédonie : la présence de cobalt est associée à celle du nickel.

Carte des sites d’activité du nickel en Nouvelle Calédonie, DIMENC/SMC.

  • Le groupe Eramet contrôle 56 % de la Société Le Nickel (SLN) qui exploite, en Nouvelle Calédonie, des mines de nickel renfermant du cobalt (voir le chapitre Nickel). Le minerai était transformé sur place pour donner du ferronickel et des mattes de nickel, ces dernières étant traitées, jusqu’en août 2016, en métropole, à Sandouville (76) pour donner les métaux purs nickel et cobalt. En 2016, la production avait été de 119 t de cobalt contenu dans des mattes de nickel-cobalt. Depuis, la production de mattes est arrêtée et convertie en ferronickel supplémentaire. En conséquence, le cobalt contenu dans le minerai n’est plus récupéré.
  • Le groupe Vale détenait 80,5 % de la mine de Goro, renfermant un gisement de 122,2 millions de t de minerai latéritique contenant 1,42 % de Ni et 0,08 % de Co. En 2020, la production a été de 31 000 t de Ni et 2 198 t de Co. En avril 2021, l’usine a été vendue à la société Prony Resources et la production s’est limitée à la production d’hydroxyde de nickel renfermant le cobalt initialement présent dans le minerai, ce dernier n’étant plus récupéré sur place.
  • Le groupe Glencore détient 49 % de la société Koniambo Nickel en association avec la Société Minière du Sud Pacifique (51 %) qui exploite le minerai du massif de Koniambo et a construit l’Usine du Nord près de Koné. La production a débuté fin 2013. L’usine pyrométallurgique a produit, en 2021, 17 000 t de nickel dans du ferronickel. Les réserves de minerai sont de 37,2 millions de t contenant 2,20 % de Ni. Le cobalt contenu dans le minerai n’est pas récupéré.

Dans l’Union européenne, des mines sont exploitées principalement en Finlande avec celles de :

  • Talvivaara, près de Sotkamo, exploitée par Terrafame qui a produit, en 2021, 54 353 t de Zn, 28 582 t de Ni, du cuivre et du cobalt,
  • Kevitsa exploitée par Boliden qui a produit, en 2021, 28 725 t de Cu, 12 876 t de Ni, 592 t de Co, 637 kg d’or, 1 447 kg de Pt et 1 036 kg de Pd, avec des réserves prouvées et probables de 123 millions de t de minerai renfermant 0,32 % de Cu, 0,21 % de Ni, 0,01 % de Co, 0,09 g/t de Au, 0,20 g/t de Pt et 0,13 g/t de Pd.

En Indonésie, la production, en 2021, de 2 100 t de Co, devrait exploser ces prochaines années. En effet, de nombreux projets pilotés par des groupes chinois sont en cours de développement. Le pays possède des réserves importantes de minerais latéritiques de nickel renfermant également du cobalt qui à l’aide du procédé hydrométallurgie HPAL peuvent donner des hydroxydes mixtes de nickel et cobalt adaptés à une production de produits destinés aux batteries pour véhicules électriques. En 2021, deux projets ont démaré et deux autres devraient suivre en 2022 et 2023 :

Commerce international de minerais et concentrés

En 2021, en t de produits.

Principaux pays exportateurs : sur un total de 20 735 t.

en t de minerais et concentrés
R.D. du Congo 19 249 Philippines 332
Zambie 509 France 67
Italie 445 Allemagne 42

Source : ITC

Les exportations congolaises sont destinées à 99 % à la Chine.

Principaux pays importateurs : sur un total de 20 875 t.

en t de minerais et concentrés
Chine 19 066 Malaisie 194
Finlande 1 004 Autriche 42
Taipei chinois 444 Belgique 39

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent quasi totalement de la R.D. du Congo.

Réserves

En 2021. Monde : 7,6 millions de t de Co contenu.

en milliers de t de Co contenu
R.D. du Congo 3 500 Philippines 260
Australie 1 400 Russie 250
Indonésie 600 Canada 200
Cuba 500 Madagascar 100
Zambie 270 Chine 80

Source : USGS

Des ressources significatives de cobalt, non exploitables dans les conditions économiques actuelles, sont aussi présentes dans des nodules sous-marins, par exemple dans l’océan Pacifique. Ces ressources sont estimées contenir entre 2,5 et 10 millions de tonnes de cobalt.

Métallurgie

Les minerais sont traités par voie pyrométallurgique suivie par des opérations hydrométallurgiques ou directement, plus récemment, par voie hydrométallurgique.

  • Les minerais de cuivre-cobalt de République Démocratique du Congo et de Zambie sont soit traités, en deux étapes, par voie pyrométallurgique puis hydrométallurgique soit traités directement par voie hydrométallurgique (voir dans ce dernier cas le chapitre cuivre). Ces dernières années, le traitement direct par voie hydrométallurgique s’est fortement développé. Il consiste en une lixiviation à l’aide d’acide sulfurique suivie d’une extraction du cuivre par solvant spécifique puis d’une électrolyse donnant des cathodes de cuivre. La solution de lixiviation après extraction du cuivre donne en milieu basique, par ajout de chaux, un précipité d’hydroxyde de cobalt Co(OH)2 qui est commercialisé.
  • Dans le cas d’un traitement par pyrométallurgie puis hydrométallurgie, le minerai après ajout de coke (10 % de la masse du minerai) est réduit au four électrique. La consommation d’énergie est de 12 000 kWh/t de Co. On obtient une scorie contenant 15 % de Co qui est recyclée, un alliage « blanc » contenant 42 % de Co, 15 % de Cu, 39 % de Fe et un alliage « rouge » à 89 % de Cu, 4 % de Co, 4 % de Fe. Le cobalt de ce dernier alliage est récupéré lors des opérations de métallurgie du cuivre. L’alliage blanc est dissous à chaud dans H2SO4. Le cuivre est précipité par cémentation à l’aide de fer. Le cobalt est précipité en milieu basique (ajout de chaux) par du carbonate de sodium. On obtient du carbonate de cobalt.
  • Les minerais oxydés de nickel-cobalt, sont traités traditionnellement en 2 étapes, pyrométallurgique puis hydrométallurgique. C’était le cas, en partie, des minerais de Nouvelle Calédonie exploités par le groupe Eramet, voir le chapitre nickel.
  • Actuellement, se développe le traitement des minerais oxydés de nickel-cobalt uniquement par voie hydrométallurgique. Le procédé Sherrit, a été mis au point pour traiter, dans la raffinerie de Fort Saskatchewan, en Alberta, au Canada, le minerai cubain de Moa Bay. Il est employé également, par exemple à Murrin Murrin, en Australie, par le groupe Glencore et à Goro, en Nouvelle Calédonie, par le groupe Vale. Les minerais sont traités par lixiviation acide, sous pression (procédé HPAL : « High Pressure Acid Leaching »). Le minerai mis en suspension dans l’eau est placé dans un autoclave, vers 270°C, sous environ 5 MPa, en présence d’acide sulfurique (de 360 à 440 kg/t de minerai). De nombreux éléments passent en solution et, en particulier, Co2+ et Ni2+. Après élimination des ions ferriques et aluminium par neutralisation à l’aide de lait de chaux, du cuivre par résine échangeuse d’ions, Co2+ et Ni2+ et Zn2+ sont extraits par solvant organique puis élués à l’aide d’acide chlorhydrique. Leur concentration est ainsi augmentée d’un facteur 20. Zn2+ est ensuite éliminé à son tour sur résine échangeuse d’ions puis les ions Co2+ et Ni2+ séparés par solvants spécifiques. En général, on obtient une solution de chlorure de cobalt qui à l’aide de carbonate de sodium donne du carbonate de cobalt qui précipite. La solution de chlorure de nickel est traitée par pyrohydrolyse vers 820°C pour donner de l’oxyde de nickel.
  • Les minerais sulfurés de nickel-cobalt sont traités, traditionnellement, par voie pyrométallurgique. Un nouveau procédé, hydrométallurgique, dérivé du traitement des minerais oxydés est développé, par Vale, pour traiter les concentrés de la mine de Voisey’s Bay. Il consiste à réaliser une lixiviation sous pression, environ 10 atm., vers 150°C, en présence d’acide sulfurique et de dioxygène. Après neutralisation et élimination de l’alumine et de l’oxyhydroxyde de fer, Cu2+, Co2+ et Ni2+ sont extraits par des solvants spécifiques.

Productions métallurgiques

En 2019. Monde : 132 000 t, Union européenne (Finlande, Belgique, France) : 14 116 t.

en t de cobalt raffiné
Chine 90 000
Australie 3 700
Finlande 12 526
Madagascar 2 900
Canada 6 075
Maroc 2 397
Norvège 4 354
Russie 2 000
Japon 3 800
Belgique* 1 500
 Sources : USGS et rapports des sociétés

* Une partie de la production belge est réalisée par Umicore en Chine.

En 2021, la production mondiale de cobalt primaire est de 144 035 t, à 70 % en Chine.

La production de cobalt raffiné de la République Démocratique du Congo est faible, avec 400 t, en 2016, en regard de la production minière, cette dernière, l’hydroxyde de cobalt ou l’alliage blanc produit localement étant exporté principalement vers la Chine et la Finlande. Une partie de la production minière de R.D. du Congo était traitée, avant sa fermeture, en Zambie, dans la raffinerie de Chambishi.

Les principaux producteurs sont chinois avec Zhejiang Huayou Cobalt qui a produit, en 2019, 23 307 t de cobalt, Jinchuan, Shenzhen GEM avec des activités de recyclage…

En Finlande, la société Freeport Cobalt détenue à 56 % par Freeport McMoRan, 24 % par Lundin Mining et 20 % par Gécamines, traite dans sa raffinerie de Kokkola les minerais congolais de Tenke Fungurume Mining. Fin 2019, les parts de Freeport et de Lundin Mining ont été vendues à Umicore. Par ailleurs, Nornickel (Norilsk) traite une partie de ses minerais russes dans sa raffinerie de Harjavalta où sur le même site Boliden produit des mattes de nickel qui sont en partie exportées, en France, vers l’usine Eramet de Sandouville.

En Norvège, Glencore, dans sa raffinerie de Kristiansand, traite les mattes issues de la fonderie canadienne de Sudbury.

Les minerais cubains sont traités au Canada et en Chine.

Commerce international de mattes, produits intermédiaires de cobalt (métal blanc, hydroxyde, carbonate) et métal brut : en 2021.

Principaux pays exportateurs, sur un total de 365 724 t de produits :

en t de produits
R.D. du Congo 308 204 Turquie 5 843
Canada 9 365 Russie 3 807
Belgique 6 868 États-Unis 3 310
Malaisie 5 875 Japon 3 141

Source : ITC

Les exportations congolaises sont destinées à 99 % à la Chine.

Principaux pays importateurs, sur un total de 381 508 t de produits :

en t de produits
Chine 317 021 États-Unis 7 458
Corée du Sud 9 809 Malaisie 5 640
Belgique 8 920 Royaume Uni 4 013
Japon 8 516 Taipei chinois 3 272

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 96 % de la R.D. du Congo.

Recyclage et stocks stratégiques : le recyclage du cobalt représente, en 2020, 10 600 t obtenues à 65 % par le recyclage de batteries, 21 % par celle de carbures cémentés, 9 % par celle de superalliages et aimants, 4 % par celle de catalyseurs. Aux États-Unis, en 2021, le recyclage a représenté 24 % de la consommation.

Il y a eu une diminution continue des stocks stratégiques au cours des dernières années. La DLA (Defense Logistics Agency) des États-Unis ne détient plus que 302 tonnes. Les États-Unis n’ont pas vendu de cobalt issu du stocks stratégiques depuis 2011 alors que ce montant atteignait 2 720 t en 2000.

Principaux producteurs mondiaux : en 2020.

en tonnes
Glencore (Norvège, R.D. du Congo, Australie) 31 300 Sumitomo Metal Mining Co. (Japon) 3 669
CMOC (Chine, Finlande) 15 436 Sherritt (Canada) 1 763
Umicore (Belgique, Chine, Finlande) 6 360 Norilsk (Russie) 1 800
Jinchuan (Chine) 6 000 CTT (Maroc) 1 796
Vale (Canada) 4 672 Eurasian Resources Group (Zambie) 1 613
Sources : Cobalt Institute et rapports des sociétés
  • Glencore, qui exploite des gisements de nickel-cobalt à Sudbury, Alberta, et Raglan, province du Québec, au Canada, produit des cathodes de cobalt à Kristiansand, en Norvège, à partir des mattes de nickel canadiennes. Les productions congolaises et australiennes sont valorisées sous forme d’hydroxyde de cobalt ou de métal.
  • CMOC (ex China Molybdenum) traite une partie de ses minerais congolais de Tenke Fungurume Mining dans la raffinerie finlandaise de Umicore à Kokkola.
  • Umicore produit des composés de cobalt à Olen, en Belgique et à Ganzhou, en Chine, à travers une société détenue à 40 %. Fin 2019 a acquis la raffinerie de Kokkola, en Finlande.
  • Jinchuan, exploite en Chine, le gisement sulfuré de cuivre, nickel, cobalt de Jinchuan et le raffine sur place avec des produits importés de R.D. du Congo, d’Australie et de Papouasie Nouvelle Guinée. Possède une capacité de production de 600 000 t/an de cuivre, 150 000 t/an de nickel et 10 000 t/an de cobalt.
  • En 2021, Vale a produit au Canada 751 t à Port Colborne, dans l’Ontario et 1 768 t à Long Harbour, à Terre Neuve.
  • Sumitomo Metal Mining, à partir du minerai livré par Nickel Asia Corporation exploite des raffineries de nickel et cobalt qui produisent du sulfate double de nickel et de cobalt renfermant 57 % de Ni et 4 % de Co à Coral Bay dans l’île de Palawan et Taganito, dans l’île de Mindanao, aux Philippines et produit à partir de ce sulfate double du cobalt et des sels de cobalt dans ses raffineries de Niihama et Harima au Japon.
  • La production cubaine de Moa Bay (partagée moitié-moitié entre Sherrit et General Nickel Company, société de l’État cubain) est traitée dans la raffinerie de Fort Saskatchewan, dans l’Alberta, au Canada. En 2021, la production a été de 31 184 t de Ni et 3 566 t de Co.
  • La raffinerie de Chambishi, en Zambie, est propriété à 90 % du groupe Eurasian Resources Group (ERG). Elle traitait les concentrés congolais de la société Boss Mining et de diverses mines zambiennes. La capacité de production est de 55 000 t/an de Cu et 6 800 t/an de Co. En 2019, sa production a été suspendue.

Situation française

En 2021, en t de métal ou de cobalt contenu dans les sels.

Production :

  • En 2016, la production avait été de 119 t de cobalt contenu sous forme de chlorure à l’usine Eramet de Sandouville à partir de mattes calédoniennes (voir le chapitre nickel). Après l’arrêt, en août 2016, de la production de mattes à l’usine de Doniambo, en Nouvelle Calédonie, l’alimentation de l’usine de Sandouville est assurée à l’aide de mattes finlandaises provenant de l’usine de Boliden à Harjavalta. La production prévue, à partir de 25 000 t/an de mattes, est de 13 000 t/an de nickel de haute pureté (99,99 %), 2 300 t/an de nickel contenu dans des sels, 3 000 t/an de fer et 400 t/an de cobalt. En 2019, la production a été de 90 t de Co.
  • Hydroxyde de nickel et de cobalt : 16 810 t, en 2021, par Prony Resources, à Goro, en Nouvelle Calédonie. .
  • Umicore, après l’achat de Eurotungstene, en 2017, produit du cobalt en poudre à Grenoble (38) avec 322 t vendues en 2013.

Commerce extérieur : en t de produits.

Oxydes et hydroxydes :

  • Exportations : 11,9 t à 28 % vers l’Inde, 8 % vers l’Allemagne, 4 % la Belgique.
  • Importations : 529 t à 30 % de Finlande, 30 % du Royaume Uni, 20 % de Chine, 13 % de Belgique.

Chlorure :

  • Exportations : 1 658 t à 99 % vers la Belgique.
  • Importations : 1 958 t à 71 % de Belgique, 28 % du Royaume Uni.

Mattes, poudre et autres produits intermédiaires :

  • Exportations : 578 t à 25 % vers le Royaume Uni, 23 % vers l’Allemagne, 21 % les Philippines, 13 % l’Italie.
  • Importations : 1 593 t à 23 % des États-Unis, 16 % du Canada, 12 % de Russie, 10 % de Norvège, 10 % de Belgique.

Utilisations

Consommation : dans le monde, en 2021, 175 000 t.

Secteurs d’utilisation du cobalt

En 2020, dans le monde. Source : Cobalt Institute

Dans la monde, en 2021, la part des batteries pour véhicules électriques est de 34 %, celle des autres batteries de 31 %, celle des superalliages de 11 %.

Aux États-Unis, en 2021, l’élaboration des superalliage représente 42 % de la consommation, celle des carbures cémentés, 9 %, celle de divers alliages métalliques, 16 %, celle de produits chimiques, 33 %.

Formes de commercialisation du cobalt métal et de ses composés chimiques :

  • Pour le métal avec, en 2021, 21 % de la production mondiale :
    • cathodes,
    • poudres grossières et fines,
    • briquettes,
    • barres rondes.
  • Pour les composés chimiques avec, en 2021, 79 % de la production mondiale :
    • tétroxyde (Co3O4),
    • sulfate,
    • chlorure,
    • monoxyde (CoO),
    • carbonate,
    • hydroxyde,
    • oxalate.

En Chine, la production de tétroxyde et sulfate domine, en Finlande, celle de poudre grossière et de tétroxyde, au Japon celle de cathodes.

Utilisations sous forme de métal dans les domaines suivants :

  • Superalliages,
  • Carbures cémentés,
  • Aciers spéciaux,
  • Aimants.

Utilisations sous forme de composés chimiques dans les domaines suivants :

  • Batteries,
  • Catalyseurs,
  • Pigments et céramiques,
  • Pneus et siccatifs.

Batteries : ce secteur d’utilisation est devenu, ces dernières années, de plus en plus important. Il représentait seulement 10 % des utilisations du cobalt en 2001 et 38 % en 2012.
Le cobalt est employé dans les cathodes des batteries lithium-ion et Ni-hydrures métalliques ainsi que dans les batteries Ni-Cd.

Les batteries lithium-ion sont actuellement celles qui ont la plus grande capacité d’accumulation d’énergie par unité de masse. Elles sont en conséquence les mieux adaptées pour la mobilité électrique (appareillages portables et véhicules électriques). Le cobalt permet d’accroître leur densité énergétique, augmente leur stabilité et leur longévité.
Dans les batteries lithium-ion, sont employés : le cobaltate de lithium, LiCoO2, dans les batteries LCO (Lithium-Cobalt-Oxyde)
, l’oxyde de lithium, nickel, manganèse, cobalt pour les batteries NMC, l’oxyde de lithium, nickel, cobalt, aluminium pour les batteries NCA, l’oxyde de manganèse-lithium pour les batteries LMO, le phosphate de fer-lithium pour les batteries LFP. Seules les batteries LCO, NMC et NCA renferment du cobalt. Les batteries LMO et LFP n’en contiennent pas.

  • Les batteries LCO présentent l’avantage de posséder la plus grande capacité d’énergie par unité de masse mais l’inconvénient de s’enflammer lorsque la température dépasse 150°C. Elles sont principalement réservées à une utilisation dans l’électronique portable.
    Dans les batteries LCO, le matériau de la cathode contient 60 % en masse de cobalt sous forme de cobaltate de lithium, LiCoO2.
  • Dans les batteries NMC, la teneur en cobalt de la cathode est comprise entre 6 et 21 %, en fonction de la composition de la cathode. Les plus riches en cobalt sont les batteries NMC 111, les plus pauvres les batteries NMC 811, les chiffres exprimant les rapports atomiques entre les éléments nickel, manganèse et cobalt. Elles sont particulièrement employées pour les véhicules électriques. Les batteries NMC 811 représentent, en 2021, 18 % de part de marché, les batteries NMC 622, 24 %.
  • Les batteries NCA construites par Panasonic équipent les véhicules Tesla.

En 2021, les consommations de cobalt pour élaborer des batteries ont été de 59 000 t pour les véhicules électriques, 26 000 t pour les téléphones mobiles, 16 000 t pour les ordinateurs portables et les tablettes, 9 000 t pour les drones, 2 200 t pour le stockage d’énergie.

Autres utilisations :

  • Superalliages : ce sont des alliages réfractaires pour des turbines à gaz et des turboréacteurs pour l’aéronautique. Exemple de composition : Co : 30 %, Cr : 20 %, Ni : 20 %, Fe : 14 %, Mo : 10 %, : 5 %. Voir ce chapitre.
  • L’alliage Co-Cr (Co : 66 %, Cr : 29 %, Mo : 5 %) est utilisé pour réaliser des armatures de prothèses orthopédiques et dentaires.
  • Entre dans la composition d’outils de coupe carburés : ce sont des alliages frittés de carbure de tungstène dans une matrice de Co, exemple : WC : 88 %, Co : 12 %. Voir le chapitre consacré au tungstène.
  • Comme catalyseur en chimie : dans le procédé Fischer-Tropsch de synthèse d’hydrocarbures liquides à partir de gaz de synthèse (mélange de monoxyde de carbone et de dihydrogène) obtenu à partir de charbon (CTL : Coal To Liquid) ou de gaz naturel par vaporeformage (GTL : Gaz To Liquid). Des catalyseurs contenant 3 à 5 % en masse de Co3O4 avec 14 % de MoO3, sur alumine, sont employés en pétrochimie pour désulfurer le gaz naturel et le pétrole par hydrogénation. Environ 70 % de la consommation dans ce secteur, en présence de manganèse sur un promoteur à base de bromure de sodium, est destinée à la synthèse de l’acide téréphtalique pour, principalement, la fabrication de PET (polytéréphtalate d’éthylène).
  • Le cobalt entre dans la composition des aimants permanents AlNiCo, et Sm-Co. La présence de cobalt (qui possède une température de Curie de 1121°C) permet de conserver des propriétés magnétiques à plus haute température que pour le fer seul (la température de Curie du fer est de 770°C). Ainsi un alliage 65 % atomique Fe – 35 % atomique Co a une température de Curie de 900-950°C. Les aimants AlNiCo renferment en % atomique, 62 % de Fe, 21 % de Ni, 12 % de Al et 5 % de Co. Les aimants samarium-cobalt ont la formule suivante : Co5Sm. La consommation mondiale, dans ce secteur d’application, est à 70 % dans les alliages AlNiCo et 20 % dans les alliages Sm-Co.
  • Dans des alliages à coefficient de dilatation thermique nul avec la composition suivante : Co : 54 %, Fe : 36 %, Cr : 9 %.
  • Les alliages durs à base de cobalt sont massivement employés dans la robinetterie nucléaire et en particulier dans le circuit primaire des réacteurs à eau sous pression.
  • Sous forme d’oxyde Co3O4 (verts et bleus de cobalt) dans des verres, émaux et céramiques. Le bleu de cobalt, est obtenu avec un aluminate de cobalt CoAl2O4, de structure spinelle. L’oxyde de cobalt est également employé à très faible teneur afin de supprimer la couleur jaune du verre due à la présence de traces d’oxyde ferrique.
  • L’isotope 60Co est utilisé en radiothérapie, stérilisation d’aliments et en radiographie industrielle. Sa demi-vie est de 5,26 années. Il émet des rayons gamma et est employé dans 70 % des traitements de cancers par radiothérapie.
  • Des cibles de pulvérisation en cobalt sont employées pour déposer, sous vide, les couches magnétiques des disques durs.
  • Entre, sous forme de carboxylate (appelé savon de cobalt), dans la fabrication des pneumatiques à carcasse radiale afin d’améliorer l’adhérence acier-caoutchouc et comme siccatif dans les peintures, vernis et encres. Les peintures glycérophtaliques contiennent, en moyenne, 0,06 % de Co.
  • Sous forme de sulfate ou de carbonate, c’est un complément alimentaire pour le bétail afin de favoriser la synthèse de la vitamine B12. En effet, celle-ci appelée également cobalamine, contient en moyenne 4,5 % en masse de cobalt. Elle est synthétisée par fermentation bactérienne, en particulier dans la panse des ruminants.

Bibliographie