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Mn
Manganèse

Douzième élément le plus abondant de la croûte terrestre, il a été isolé, en 1774, par le chimiste suédois Johan Gottlieb Gahn. Son nom lui a été donné, en 1785, par le chimiste français Guyton de Morveau d’après le nom français « manganèse » de la magnésie noire, minerai d’oxyde de manganèse, dont la cité lydienne Magnésie du Sipyle, faisait commerce. Appelée « magnésie noire » pour la différencier de la « magnésie blanche » qui était le carbonate de magnésium.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structures cristallines Rayon métallique pour la coordinence 12
25 54,94 g.mol-1 [Ar] 3d5 4s2 alpha jusqu’à 700°C,
bêta jusqu’à 1 088°C,
gamma jusqu’à 1139°C puis delta.

  • forme alpha, cubique centrée de paramètre
    a = 0,893 nm
130 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
7,20 g.cm-3 6,0 1 244°C 1 962°C 0,695.106 S.m-1 7,82 W.m-1.K-1 décomposé

Données chimiques

Électronégativité
de Pauling
pKa : Mnaq2+/MnOH+aq pKa :
HMnO4/MnO4aq
pKs : Mn(OH)2 pKs : Mn(OH)3 pKs : Mn(OH)4 pKs : MnS
1,55 10,6 -2,2 12,7 36 56 9,5

Potentiels standards :

MnO42- + e = MnO43- E°= -0,27 V
MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O E° = 1,51 V
Mn2+ + 2e = Mn(s) E°= -1,17 V
MnVI + 2e = MnIV E°= 0,44 V
2MnO2(s) + 2H+ + 2e = Mn2O3(s) + H2O E° = 1,04 V
MnO4 + 4H+ + 3e = MnO2(s) + 2H2O E° = 1,68 V
MnO4 + 2H2O + 3e = MnO2(s) + 4OH E° = 0,59 V
MnO4 + e = MnO42- E° = 0,57 V
MnIV + e = MnIII E°= 1,64 V
MnIII + e = MnII E°= 1,49 V
MnO2(s) + 4H+ + 2e = Mn2++ 2H2O E° = 1,33 V

Données thermodynamiques

Manganèse cristallisé

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 32 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 26,3 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 14,6 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 244,8 kJ.mol-1
Manganèse gazeux

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 280,8 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 238,6 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 173,7 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K-1mol-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 0,1 %.

Minerais

 On trouve le manganèse (Mn) dans les principaux minerais suivants :

  • la pyrolusite (MnO2),
  • le psilomélane (oxyde hydraté),
  • l’hausmannite (Mn3O4),
  • la rhodochrocite (MnCO3), exploitée au Ghana,
  • la rhodonite (MnSiO3).

Le manganèse est souvent associé à des minerais de fer.
Les minerais dits métallurgiques qui ont des teneurs qui dépassent 35 % de Mn sont destinés à la fabrication d’alliages. Les minerais riches ont des teneurs supérieures à 44 % de Mn et qui peuvent atteindre 57 %. Les minerais ferrifères qui ont des teneurs comprises entre 10 et 35 % de Mn et les minerais manganifères qui sont des minerais de fer riches en Mn (5 à 10 %), sont employés pour ajuster la teneur en manganèse des fontes produites au haut fourneau.

En 2020, exprimé en Mn contenu, les minerais riches, avec une teneur ≥ à 44 % de Mn, représentent 40 % de la production totale de minerais, les intermédiaires avec une teneur comprise entre 30 et 44 %, 49 % de la production, les pauvres, avec une teneur inférieure à 30 %, 10 % de la production.

Teneurs moyennes des minerais extraits dans les principaux pays producteurs :

% Mn
Australie 37-53 % Inde 10-54 %
Brésil 33-51 % Kazakhstan 35-36 %
Chine 20-30 % Malaisie 32-45 %
Gabon 45-53 % Afrique du Sud 30-48 %
Ghana 28-34 % Ukraine 30-35 %

Source : USGS

Principales mines

En 2021.

en milliers de t de minerai produit
Moanda (Gabon) 7 024 Tshipi Borwa (Afrique du Sud) 3 680
Groote Eylandt (Australie) 5 882 Farm Perth (Afrique du Sud) 2 800
Nsuta (Ghana), en 2018 4 800 Thembeka Myedi (Afrique du Sud) 2 500
Hotazel et Wessels (Afrique du Sud) 5 099 Farm York (Afrique du Sud) 1 300
Nchwaning et Gloria (Afrique du Sud) 4 041

Sources : rapports des sociétés

Productions minières

Le production minière mondiale s’élevait, en 2021, à 20,6 millions de t de Mn contenu.

Production minière de manganèse

En 2021, en milliers de t de Mn contenu, sur un total mondial de 20,6 millions de t. Source : Eramet

en milliers de t de Mn contenu
Afrique du Sud 8 000 Ghana 700
Gabon 3 700 Brésil 700
Australie 3 100 Ukraine 600
Chine 1 300 Côte d’Ivoire 400
Inde 900 Birmanie 200

Source : Eramet

  • En Afrique du Sud, les mines sont concentrées dans le bassin du Kalahari avec 22 mines en cours d’exploitation dont les principales sont les suivantes :
    • Les mines de Hotazel Manganese Mines (HMM), à ciel ouvert, de Mamatwan et souterraine de Wessels qui sont exploitées à 44,4 % par South32 (ex BHP Billiton) et 29,6 % par Anglo American qui ont produit, en 2021, 5,099 millions de t de minerai, avec des réserves prouvées et probables de 109 millions de t renfermant 40 % de Mn.
    • Les mines souterraines de Nchwaning et Gloria exploitées par Assmang, société détenue moitié-moitié par Assore et African Rainbow Minerals (ARM) avec, en 2021, une production de 4,041 millions de t de minerai et des réserves prouvées et probables de 274,1 millions de t renfermant 40 % de Mn.
    • La mine de Thembeka Myedi exploitée souterrainement par Kalagadi Manganese, avec une production de 3 millions de t/an.
    • La mine de Tshipi Borwa, à ciel ouvert, exploitée par Tshipi é Ntle Manganese Mining détenu à 50,1 % par Ntsimbintle Mining (Ntsimbintle Holding 74 % – OM Holding 26 %) et 49,9 % par le groupe australien Jupiter Mines avec une production, en 2021-22, de 3,680 millions de t et des réserves prouvées et probables de 84,5 millions de t renfermant 36,25 % de Mn.
    • La mine de Farm Perth exploitée par United Manganese of Kalahari (UMK) détenu à 51 % par Majestic Silver Trading et 49 % par le groupe russe Renova, possède des réserves de 112 millions de t.
    • La mine de Farm York exploitée par Kudumane Manganese Resources détenu à 49 % par le groupe Asia Minerals avec une capacité de production de 2 millions de t/an.
  • Au Gabon, la principale mine de manganèse est celle de Moanda, exploitée par Comilog (Compagnie minière de l’Ogooué), filiale à 63,71 % d’Eramet avec une participation de 28,7 % de l’État gabonais, qui produit un minerai de teneur élevée, comprise entre 45 et 50 % avec une moyenne de 46 %. Le minerai, extrait à ciel ouvert (la couche de stérile ne possède qu’une épaisseur de 4 à 5 m), à l’aide de pelles hydrauliques, est enrichi sur place dans une laverie, acheminé par bande transporteuse jusqu’à la gare de Moanda puis transporté sur 648 km par le Transgabonais (dont Comilog possède la concession pendant 30 ans depuis 2005) jusqu’au port d’Owendo, près de Libreville. La  production, en 2021, est de 7,024 millions de t de minerai. La France, les États-Unis et le Japon sont les principaux importateurs du manganèse gabonais dont la plus grande partie est utilisée sous forme de ferroalliage. Les réserves prouvées et probables sont, au 1er janvier 2022, de 225 millions de t de minerai à 44,5 % de Mn.

D’autres mine sont exploitées en collaboration avec des groupes indien pour Nouvelle Gabon Mining (NGM), associant l’État gabonais au groupe indien Coalsale, ou des groupes chinois comme la Compagnie Industrielle des Mines de Hangzhou.

  • En Australie, 3 mines sont en activité jusqu’en 2022, puis 2 ensuite :

Carte des gisements de manganèse et des mines en activité au 31 décembre 2019 (Source : Geoscience Australia)

    • La principale mine exploitée est celle de Groote Eylandt, dans le Territoire du Nord qui est, après Moanda au Gabon, la deuxième mine de manganèse à haute teneur, la plus importante au monde. Elle est exploitée, à ciel ouvert, par GEMCO, joint venture entre South32 (ex BHP Billiton) 60 % et Anglo American 40 %. En 2020-21, la production est de 5,882 millions de t. Les réserves prouvées et probables sont de 51 millions de t renfermant 43 % de Mn.
    • Ningxia Tianyuan Manganese Industry (TMI) a acquis, en mai 2017, la société australienne Consolidated Minerals Ltd (Consmin) qui posséde, la mine à ciel ouvert de Woodie Woodie située dans la région de Pilbara, en Australie de l’Ouest avec une capacité de production de 1,5 million de t/an et des réserves de 21,8 millions de t de minerai à 30,2 % de Mn.
    • La société malaise OM Holding exploite la mine de Bootu Creek dans le Territoire du Nord. En 2021, la production a été de 854 487 t de minerai renfermant 28,42 % de Mn. La production a cessé le 13 décembre 2021.
  • Au Ghana, la mine de Nsuta est exploitée par le groupe chinois Ningxia Tianyuan Manganese Industry (TMI) qui a acquis, en mai 2017, la société Ghana Manganese Company détenue à 90 % par le groupe australien Consolidated Minerals Ltd (Consmin) avec une production, en 2018, de 4,8 millions de t d‘un minerai de carbonate de manganèse avec des réserves de 46,9 millions de t de minerai renfermant 27,9 % de Mn.

Principaux producteurs

En 2021, les principaux producteurs étaient, en parts de la production mondiale :

South32 19 % Revona (Russie) 5 %
Eramet 14 % AML 3 %
Assmang Ltd 8 % NGM 3 %
Jupiter Mines 6 % Privat (Ukraine) 3 %
TMI 5 % MOIL 2 %

Source : Eramet

  • South32 (ex BHP Billiton) : 5,793 millions de t de minerai en 2021 dont 3,529 millions de t en Australie et 2,264 millions de t en Afrique du Sud. Possède 60 % de la société Samancor Manganese (avec 40 % pour Anglo American) qui détient, en Afrique du Sud, 74 % de la mine à ciel ouvert de Mamatwan et de la mine souterraine de Wessels dans le bassin du Kalahari. Possède, en Australie, 60 % (avec 40 % pour le groupe Anglo American) de la mine de Groote Eyland.
  • Eramet (Gabon) : production de 7,024 millions tonnes de minerai, en 2021, dans la mine de Moanda.
  • Assmang Ltd (Afrique du Sud) détenu à 50 % par African Rainbow Minerals (ARM) et 50 % par Assore : 4,041 millions de t de minerai, en 2021.
  • La mine de Tshipi Borwa, à ciel ouvert, exploitée par Tshipi é Ntle Manganese Mining détenu à 50,1 % par Ntsimbintle Mining (Ntsimbintle Holding 74 % – OM Holding 26 %) et 49,9 % par le groupe australien Jupiter Mines avec une production, en 2021-22, de 3,680 millions de t et des réserves prouvées et probables de 84,5 millions de t renfermant 36,25 % de Mn.
  • Ningxia Tianyuan Manganese Industry (TMI) a acquis, en mai 2017, la société australienne Consolidated Minerals Ltd (Consmin) qui posséde, au Ghana, 90 % de la société Ghana Manganese Company qui exploite un gisement de carbonate de manganèse dans la mine de Nsuta avec des réserves de 46,9 millions de t de minerai renfermant 27,9 % de Mn et exploite la mine à ciel ouvert de Woodie Woodie située dans la région de Pilbara, en Australie de l’Ouest avec une capacité de production de 1,5 million de t/an et des réserves de 21,8 millions de t de minerai à 30,2 % de Mn.
  • Le groupe russe Renova détient 49 % de la société United Manganese of Kalahari (UMK) avec 51 % pour Majestic Silver Trading, qui exploite la mine de Farm Perth avec des réserves de 112 millions de t.
  • Le groupe Asia Minerals Limited (AML) détient 49 % de la société Kudumane Manganese Resources qui exploite la mine de Farm York avec une capacité de production de 2 millions de t/an.
  • La société Nouvelle Gabon Mining (NGM), associant l’État gabonais au groupe indien Coalsale, exploite des gisements, au Gabon, dans la région de Franceville et d’Okondja avec une capacité de production de 2,4 millions de t/an, avec une teneur de 42 %. Les réserves sont estimées à 80 millions de t.
  • Manganese Ore Indian Limited (MOIL), société étatique, exploite 11 mines, en Inde, dans les États de Madhya Pradesh et Maharashtra. En 2020-21, la production a été de 1,144 million de t de minerai.
  • Anglo American : possède 40 % de Samancor Manganese, en Afrique du Sud et 40 % de la production de GEMCO qui exploite la mine de Groote Eyland. La production, en 2021, est de 3,862 millions de t de minerai.
  • Vale (Brésil) : a produit 0,2 million de t de minerai en 2021 avec la mine souterraine d’Urucum, dans l’État du Mato Grosso do Sul. La production de la mine d’Azul, à Carajás, dans l’État de Pará, avec, en 2020, 0,2 million de t de minerai a été suspendues en mars 2020.

Commerce international : en 2021.

Les exportations ont porté sur un total de 47 millions de t de minerai ou concentrés de teneur supérieure à 20 % de Mn avec comme principaux pays exportateurs :

en milliers de t de minerai
Afrique du Sud 22 103 Brésil 1 725
Australie (estimation) 9 300 Côte d’Ivoire 944
Gabon 7 595 Émirats Arabes Unis 734
Ghana 2 954 Malaisie 615

Source : ITC

Les exportations d’Afrique du Sud sont destinées à :

  • 62 % à la Chine,
  • 15 % à l’Inde,
  • 4 % à Singapour.

Principaux pays importateurs sur un total mondial de 45 millions de t :

en milliers de t de minerai
Chine 29 958 Norvège 1 047
Inde 5 970 Japon 879
Russie 1 394 États-Unis 501
Corée du Sud 1 325 France 493
Malaisie 1 073 Ukraine 439

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent  à :

  • 47 % d’Afrique du Sud,
  • 18 % d’Australie,
  • 14 % du Gabon,
  • 8 % du Ghana.

Réserves

Les réserves mondiales de minerais riches (Mn > 44 %) étaient, en 2021, de 1 500 millions de t.

Réserves de minerais de manganèse

En 2021, en millions de t de Mn contenu, sur un total mondial de 1,5 milliard de t. Source : USGS

en milliers de t de Mn contenu
Afrique du Sud 640 000 Chine 54 000
Brésil 270 000 Inde 34 000
Australie 270 000 Ghana 13 000
Ukraine 140 000 Kazakhstan 5 000
Gabon 61 000 Mexique 5 000

Source : USGS

L’Afrique du Sud possède le gisement de manganèse le plus important au monde. Il est situé dans le désert du Kalahari, dans la région d’Hotazel, dans la province du Cap du Nord. Il couvre une superficie de plus de 1 100 km2. C’est un dépôt sédimentaire, formé entre 2,2 et 2,6 milliards d’années, constitué de 3 couches riches en manganèse, les teneurs sont comprises entre 20 et 48 % de Mn, situé entre 30 et 110 m de profondeur. La première couche a 10 m d’épaisseur en moyenne, la seconde 0,5 à 3 m et la troisième, de 6 à 45 m, cette dernière étant la plus exploitée. Ces couches sont séparées par des couches de minerais de fer dénommées BIF (Banded Iron formation). Ce gisement a été découvert en 1906 et commencé à être exploité à compter de 1942. Il a été exceptionnellement préservé de l’érosion.

Nodules sous-marins : le manganèse avec des teneurs comprises entre 15 et 30 % est associé à du cuivre, du nickel et de cobalt. Les réserves sont estimées à 2,3 milliards de t de Mn contenu. Leur exploitation n’est pas actuellement rentable.

Métallurgie

Des minerais de manganèse sont directement utilisés en sidérurgie ou dans le cas de la pyrolusite dans les piles sèches (voir plus loin) mais, le plus souvent, les minerais sont réduits pour donner des ferromanganèse et ferrosilicomanganèse. Le manganèse métallique n’a pas d’utilisation finale hors comme élément d’alliages.

Ferroalliages

Il existe deux méthodes pour obtenir des ferromanganèse et ferrosilicomanganèse, avec une part de plus en plus importante de la production à l’aide de fours électriques :

Dans un haut fourneau (7 % de la production), principalement en Chine.

La métallurgie du manganèse s’apparente à celle de la fonte, sauf que la réduction de MnO (oxyde stable au-dessus de 1 200°C) par CO est plus difficile que celle de FeO. Contrairement à FeO, MnO est réduit par le carbone. On considère que la réduction ne peut se produire qu’au-dessus de 1310°C et peut être représentée par une réaction voisine de :

3 MnO + 4 C = Mn3C + 3 CO

En présence du fer présent dans le minerai, il se forme un carbure mixte fer – manganèse. Une partie du manganèse, sous forme de MnO, reste dans le laitier. Cette filière permet l’obtention :

  • du ferromanganèse carburé : composition : Mn : 76-80 %, Fe : 12-15 %, C < 7,5 %, Si < 1,2 %. Il est au manganèse ce que la fonte est au fer.
  • du ferromanganèse affiné (à moyen carbone) : Mn 80 %, et contient de 1 à 1,5 % de C. Il est produit le plus souvent par affinage à l’oxygène du ferromanganèse carburé.

Dans un four électrique (93 % de la production).

Le ferromanganèse est obtenu en chauffant un mélange de minerai de manganèse renfermant de l’oxyde de manganèse MnO2 avec de l’oxyde de fer (III) Fe2O3 et du carbone. Cette filière permet également, avec l’ajout de silice, l’obtention :

  • du ferrosilicomanganèse : composition moyenne : Mn : 65-68 %, Si : 16-21 %, Fe : 10 %, C : 1,5-2 %.
  • du ferromanganèse suraffiné (à bas carbone) : Mn de 80 à 90 %, C : ~ 0,1 %. Il est produit à partir de ferrosilicomanganèse.

Métal

Il est obtenu par électrolyse de solutions aqueuses de sulfate manganeux et sulfate d’ammonium qui donne du manganèse (dénommé EMM) à 99,98 % de teneur en manganèse, sous forme de fragments de cathodes appelés « flakes » ou électrothermiquement, à la limite d’affinage du ferromanganèse qui donne du manganèse à 99 % de teneur avec une teneur en carbone inférieure à 0,02 %. L’utilisation de l’aluminothermie pour l’obtention du métal est réalisée en Ukraine.

Procédé hydrométallurgique employé par Comilog à Moanda, au Gabon : le minerai étant constitué principalement de dioxyde de manganèse, MnO2, qui n’est pas soluble dans l’acide sulfurique employé, en général, dans les procédés hydrométallurgiques, il est nécessaire de le réduire pour former MnO qui est soluble. Cette réduction est réalisée après ajout de coke, dans un four électrique tournant, à 950°C. La dissolution du minerai réduit est effectuée par lixiviation dans l’acide sulfurique. Une première purification par neutralisation et passage en milieu basique permet d’éliminer, au travers d’un filtre-presse, sous forme d’hydroxydes, le fer et l’aluminium présents en solution. Une deuxième purification, concernant les autres ions métalliques, Zn2+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, présents en plus faible quantité, est réalisée par sulfuration, précipitation des sulfures correspondants et nouvelle filtration dans un filtre-presse. La solution de sulfate de manganèse purifiée est électrolysée sous un courant de 30 000 A à l’aide de 140 cuves d’électrolyse, comportant chacune 40 cathodes en acier inoxydable et 41 anodes. Toutes les 32 heures, les cathodes sont déchargées et le métal déposé récupéré sous forme de « flakes » de 2 à 3 mm d’épaisseur avec une pureté de 99,7 % de Mn. En septembre 2020, cette production a été arrêtée et l’oxyde de manganèse produit vendu pour des applications agricoles, d’alimentation animale ou de batteries. La capacité de production est de 55 000 t/an et la production, en 2021, de 5 000 t.

Schéma de la production (document du Complexe Métallurgique de Moanda)

Recyclage

Le manganèse contenu dans les ferrailles est recyclé avec ces dernières. Le dioxyde de manganèse des piles est également, en partie, recyclé.

Production d’alliages de manganèse

Cette production est directement liée à celle de l’acier, la consommation moyenne de manganèse étant, en 2020, de 6 à 7 kg par tonne d’acier. A l’exception du Japon qui a développé l’introduction directe, en sidérurgie, de minerai de manganèse, l’apport de manganèse est réalisé, sous forme métallique, à l’aide d’alliages.

Productions

en milliers de t d’alliages, total, en 2021 et par pays, en 2020
Total Ferrosilico-manganèse Ferromanganèse
Total 22 900 17 400 5 500
Chine 13 800 12 900 1 750
Inde 3 100 1 760 648
Ukraine 800 585 129
Russie 600 238
Corée du Sud 600 152 259
Norvège 600 262 277
Malaisie 500 301 215
Japon 500 15 387
Brésil 400 206 85
Afrique du Sud 300 108 122
Géorgie 300 224

Sources : Eramet et USGS

En 2021, sur une production mondiale d’alliages de manganèse de 22,9 millions de t, le ferrosilicomanganèse représente 76 % de la production, le ferromanganèse carburé 18 % et le ferromanganèse affinés 6 %. En 2015, la production de l’Union européenne, principalement en Espagne et en France, est de 579 000 t dont 259 000 t de ferrosilicomanganèse, 298 000 t de ferromanganèse carburé et 21 800 t de ferromanganèse affiné. Par ailleurs, en Europe, la production de la Norvège est importante avec, en 2021, 600 000 t.

La production de manganèse métal (EMM) est très majoritairement réalisée en Chine, par électrolyse, avec, en 2020, 96 % d’une production de 1,387 million de t. Les autres pays producteurs sont l’Afrique du Sud, avec Manganese Metal Company, l’Ukraine avec Zaporozhye et l’Indonésie avec Qingshan. En 2018, les exportations chinoises ont porté sue 408 000 t.

Commerce international

Il a porté, en 2021, sur 3,632 millions de t de ferrosilicomanganèse, 1,250 million de t de ferromanganèse carburé et sur 726 554 t de ferromanganèse affiné.

Principaux pays exportateurs, en 2021 :

  • Inde : 1 023 276 t de ferrosilicomanganèse, 509 752 t de ferromanganèse carburé, 82 815 t de ferromanganèse affiné.
  • Ukraine : 487 613 t de ferrosilicomanganèse, 25 111 t de ferromanganèse carburé, 4 913 t de ferromanganèse affiné.
  • Malaisie : 187 291 t de ferrosilicomanganèse, 300 478 t de ferromanganèse carburé, 4 302 t de ferromanganèse affiné.
  • Afrique du Sud : 129 354 t de ferrosilicomanganèse, 72 595 t de ferromanganèse carburé, 57 359 t de ferromanganèse affiné.
  • Norvège : 306 510 t de ferrosilicomanganèse.
  • Géorgie : 299 188 t de ferrosilicomanganèse.

Principaux pays importateurs : en 2021 :

  • États-Unis : 327 352 t de ferrosilicomanganèse, 224 103 t de ferromanganèse carburé, 104 874 t de ferromanganèse affiné.
  • Allemagne : 247 053 t de ferrosilicomanganèse, 139 136 t de ferromanganèse carburé, 54 992 t de ferromanganèse affiné.
  • Japon : 266 940 t de ferrosilicomanganèse, 63 398 t de ferromanganèse carburé, 730 t de ferromanganèse affiné.
  • Turquie : 286 215 t de ferrosilicomanganèse, 63 009 t de ferromanganèse carburé, 37 293 t de ferromanganèse affiné.
  • Russie : 172 968 t de ferrosilicomanganèse, 9 089 t de ferromanganèse carburé, 8 197 t de ferromanganèse affiné.
  • Émirats Arabes Unis : 105 472 t de ferrosilicomanganèse, 43 759 t de ferromanganèse carburé, 53 914 t de ferromanganèse affiné.

Producteurs

Les principaux producteurs, hors producteurs chinois, sont les suivants :

  • Eramet a produit, en 2021, 747 000 t d’alliages de manganèse dont 276 000 t de silicomanganèse, 67 000 t de ferroalliages carburés, 405 000 t de ferroalliages affinés et de métal et 5 000 t d’oxyde MnO. La production a été réalisée dans des fours électriques. La production est effectuée en France à Dunkerque (70 000 t/an de silicomanganèse), en Norvège à Porsgrunn (170 000 t/an), Sauda (220 000 t/an) et Kvinesdal (165 000 t/an), aux États Unis à Marietta (120 000 t/an) et depuis 2015, au Gabon à Moanda avec 65 000 t/an de silicomanganèse et 55 000 t/an d’oxyde de manganèse. La production de métal à Moanda a été arrêtée en septembre 2020.
  • Ferroglobe, après le rachat, en 2017, des activités de Glencore dans le ferromanganèse qui elle même avait acquis, en 2012, des activités européennes de Vale dans les alliages de manganèse, a vendu, en 2021, 314 439 t d’alliages de manganèse avec des capacités de 289 500 t/an de ferrosilicomanganèse et de 272 000 t/an de ferromanganèse à Grande-Synthe, près de Dunkerque, en France, Mo I Rana, en Norvège, Cee et Boo, en Espagne.
  • OM Holding, société malaise, a produit, en 2021, 264 000 t d’alliages de manganèse en Malaisie à Samalaju, dans l’État de Sarawak (nord de l’île de Bornéo) avec 216 539 t et en Chine, à Qinzhou, dans la province de Guangxi.
  • South32 (ex BHP Billiton) : a produit, en 2020-21, 51 000 t d’alliages de manganèse. Exploite à 60 % (avec 40 % pour Anglo American) l’usine Metalloys à Meyerton en Afrique du Sud et l’usine TEMCO à Bell Bay, en Tasmanie (Australie). En 2020, cette dernière a été vendue au groupe GFG Alliance et celle de Meyerton a suspendu sa production.
  • Anglo American, a produit, en 2020, en Australie et Afrique du Sud, 80 500 t d’alliages dans les sociétés communes avec South32. En 2021, la production est arrêtée.
  • Compania Minera Autlan (Mexique) possède une capacité de production de 231 000 t/an d’alliages, dans 3 usines, Tamós, dans l’État de Veracruz, avec 144 000 t/an, Teziutlán, dans l’État de Puebla, avec 54 000 t/an et Gómez Palacio, dans l’État de Durango, avec 33 000 t/an. La production, en 2017, a été de 236 000 t d’alliages.
  • Vale : production de 71 000 t d’alliages de manganèse, en 2021, dont 54 000 t à Barbacena, 17 000 t à Ouro Preto dans l’État de Minas Gerais. L’usine de Simões Filho, dans l’État de Bahia, a été fermée en septembre 2020 et les activités restantes ont été vendues en janvier 2022 à J&F Mineração.
  • Manganese Metal Company (Afrique du Sud) produit du manganèse métal par voie électrolytique (MMC) à 99,9 % de pureté dans son usine de Nelspruit, avec une capacité de production est 30 000 tonnes par an.

Situation française

Production et commerce extérieur

Minerai

En 2021.

Pas de production minière, mais la société française Eramet, deuxième producteur mondial de minerai de manganèse avec sa filiale à 63,71 %, Comilog, exploite le gisement de Moanda au Gabon. La production est de 7,024 millions de tonnes de minerai.

  • Exportations : 93 636 t vers la Norvège à 69 %, l’Espagne à 11 %, la Belgique à 6 %, l’Allemagne à 5 %.
  • Importations : 491 130 t du Gabon à 49 %, d’Afrique du Sud à 45 %, du Brésil à 3 %.
Alliages de manganèse et manganèse

La France est un producteur de ferromanganèses et ferrosilicomanganèse.
Productions, en 2015 : 98 000 t de ferrosilicomanganèse et 146 000 t de ferromanganèse carburé.

Commerce extérieur

En 2021.

Ferrosilicomanganèse :

  • Exportations : 83 155 t vers l’Allemagne à 67 %, le Royaume Uni à 17 %, la République tchèque à 6 %.
  • Importations : 75 935 t de Norvège à 49 %, d’Italie à 27 %, des Pays Bas à 10 %, d’Espagne à 5 %, de Géorgie à 5 %.

Ferromanganèse carburé :

  • Exportations : 91 923 t vers l’Allemagne à 35 %, la Belgique à 15 %, le Royaume Uni à 14 %, la République tchèque à 8 %.
  • Importations : 21 759 t de Malaisie à 41 %, de Norvège à 12 %, d’Inde à 9 %, d’Allemagne à 6 %.

Ferromanganèse affiné :

  • Exportations : 372 t vers l’Allemagne à 23 %, le Maroc à 22 %, la Suède à 19 %, l’Autriche à 14 %, la Turquie à 5 %.
  • Importations : 16 078 t de Norvège à 64 %, d’Afrique du Sud à 22 %, d’Italie à 4 %.

Manganèse :

  • Exportations : 326 t vers l’Italie à 35 %, la Belgique à 26 %, l’Allemage à 16 %, les Pays Bas à 13 %.
  • Importations : 8 567 t de Chine à 66 %, d’Espagne à 12 %, d’Allemagne à 8 %, d’Afrique du Sud à 8 %.

Oxyde de manganèse MnO :

  • Exportations : 13 073 t vers le Danemark à 48 %, l’Allemagne à 21 %, la Belgique à 11 %, les Pays Bas à 7 %.
  • Importations : 12 210 t de Corée du Sud à 32 %, d’Inde à 24 %, de Géorgie à 12 %, du Brésil à 7 %.

Producteurs

Eramet :

  • Extrait, avec sa filiale Comilog, du minerai au Gabon dans la mine de Moanda. C’est le 2ème producteur mondial de minerai de haute teneur avec, en 2021, une production de 7,024 millions de tonnes.
  • Produit des alliages de manganèse : c’est le 2ème producteur mondial d’alliages de manganèse pour la sidérurgie, voir ci-dessus. La production française est réalisée à Dunkerque avec 70 000 t/an de ferrosilicomanganèse.
  • Recycle, avec sa filiale Valdi, le dioxyde de manganèse de piles dans la fabrication de ferroalliages, en France, à Feurs (42).

Ferroglobe, après avoir acquis, en novembre 2017, les activités de Glencore dans le ferromanganèse, exploite à Grande-Synthe, près de Dunkerque, une usine de fabrication d’alliages de manganèse à l’aide du plus grand four de ferro-alliages de manganèse dans le monde d’une puissance de 102 MVA. Les capacités de production de ferroalliages de manganèse sont de 140 000 t/an.

Utilisations

Consommations

Sous forme de minerai : dans le monde, en 2013, 18,2 millions de tonnes de Mn contenu dans des minerais, soit le 4ème métal le plus utilisé après le fer, l’aluminium et le cuivre, devant le zinc. Par pays :

en milliers de tonnes
Chine 10 830 Russie 508
Inde 1 346 Japon 477
Ukraine 753 Norvège 451
Corée du Sud 619 États-Unis, en 2021 390

Source : RPA, « Manganese, The Global Picture – A Socio Economic Assessment »

En 2019, la consommation mondiale d’alliages est de 17,1 millions de t dont 18 millions de t de ferrosilicomanganèse, 4,5 millions de ferromanganèse carburé et 1,4 million de t de ferromanganèse affiné.

En 2012, la consommation de l’Union européenne, en Mn contenu dans les minerais, est de 462 200 t.

Sous forme d’alliages : en 2014, la consommation a été de 20,0 millions de t d’alliages dont 13,2 millions de t de ferrosilicomanganèse, 5,0 millions de t de ferromanganèse carburé et 1,9 million de t de ferromanganèse affiné. Par pays et type d’alliage, en 2013 :

en milliers de t de Mn contenu
Total Silicomanganèse Ferromanganèse carburé Ferromanganèse affiné
Total 19 314 13 262 4 265 1 687
Chine 11 813 8 988 4 265 852
Inde 1 151 794 304 53
Japon 903 310 456 137
États-Unis, en 2021 560 96 294 20 de métal

Source : RPA, « Manganese, The Global Picture – A Socio Economic Assessment »

En 2012, la consommation de l’Union européenne est de 1,488 million de t d’alliages dont 872 100 t de ferrosilicomanganèse, 442 600 t de ferromanganèse carburé et 173 400 t de ferromanganèse affiné.

Secteurs d’utilisation

En 2014.

Sidérurgie 91 % Batteries et piles 3 %
Métaux non ferreux 4 %

Source : Roskill

Sidérurgie : le manganèse, introduit à l’étape du haut fourneau, est pour sa plus grande partie oxydé et ne se retrouve pas dans la fonte. Le manganèse doit être ajouté en aciérie, lors de l’affinage de la fonte. Il a longtemps joué un rôle essentiel de désoxydant (en complément du silicium) et de désulfurant. Ces rôles sont actuellement réduits (30 % des ajouts de Mn) au bénéfice de celui d’élément d’alliage (70 % des ajouts de Mn). Le manganèse abaisse la température de transformation de l’austénite en ferrite et permet ainsi d’éviter l’accumulation de cémentite aux joints de grains. Il joue aussi sur la structure de la perlite, en apportant de la dureté à l’acier. Ainsi, la présence de manganèse dans les gisements de fer exploités par Sparte dans la Grèce ancienne est l’une des causes de la supériorité de son armement.
La majeure partie des aciers contient de 0,15 à 0,8 % de Mn, soit une consommation moyenne de 6 à 7 kg/t d’acier. Le manganèse contenu dans l’acier final ne représente qu’environ 1/3 du manganèse consommé : les 2/3 du manganèse introduit sont perdus par oxydation et se retrouvent, principalement, dans les scories.
Les aciers inoxydables contiennent environ 1 % de Mn (dans certains cas jusqu’à 4 et même 16 %). Les aciers inoxydables de la série 200, contenant moins de nickel, sont de plus en plus employés en remplacement des aciers des séries 300 et 400. Leur teneur en manganèse est de 9 % au lieu d’environ 1 % pour ceux des séries 300 et 400.
Les aciers laminables à haute résistance mécanique contiennent de 1 à 1,8 % de Mn, pour fabriquer des oléoducs, des coques de navire… Les aciers à haute limite élastique, de 0,7 à 1,6 % de Mn.
L’acier Hadfield, non magnétique et très résistant à l’abrasion, contient 12 à 14 % de Mn et 1,25 % de C : il est irremplaçable pour les aiguillages de voies ferrées.
L’allègement des véhicules automobiles est réalisé, en partie, en faisant appel à des aciers à « haute résistance » qui contiennent environ 0,9 % de Mn au lieu des 0,4 % des aciers traditionnels employés dans ce secteur d’application.

Autres utilisations

Dans les métallurgies non ferreuses, les piles, l’agriculture, les catalyseurs, les céramiques, la pharmacie…

Alliages d’aluminium : la présence de manganèse renforce leur résistance à la corrosion. Ces alliages sont employés, par exemple, dans la fabrication de boîtes-boisson. Ce sont les alliages de la série 3000 avec de 0,8 à 1,5 % de Mn.

Alliages de cuivre : Mn est utilisé pour désoxyder et améliorer leurs propriétés mécaniques et de moulage. L’alliage Cu : 84 %, Mn : 12 %, Ni : 4 % a une résistivité invariante en fonction de la température.

Piles et batteries : 3ème débouché important du manganèse (sous forme d’oxyde). Dans les piles salines ou alcalines, MnO2 est utilisé au pôle + en présence de carbone (graphite naturel ou noir d’acétylène) qui augmente la conductibilité électrique. Il joue un rôle de dépolarisant car, étant plus oxydant que H3O+, il évite la formation, par électrolyse, de H2 qui formerait autour de l’électrode + une couche isolante et ainsi polariserait et arrêterait la pile. Dans le cas des piles salines cylindriques, l’axe de la pile est constitué d’un crayon de graphite plongeant dans l’aggloméré MnO2-carbone. Le pôle -, en zinc, constitue le boîtier.
Le dioxyde de manganèse utilisé doit être actif électrochimiquement. Pour cela, il doit être constitué de MnO2 de structure alpha ou gamma, à des teneurs de 75-95 %, et contenir des ions Mn4+, Mn3+, des groupements acides et de l’eau. MnO2 actif peut être naturel (dioxyde NMD extrait au Gabon, au Ghana, au Brésil, en Chine, au Mexique, en Inde) ou artificiel (obtenu par synthèse chimique (dioxyde CMD) ou électrolytique (dioxyde EMD destiné aux piles alcalines)). Le dioxyde naturel le plus courant est la pyrolusite (structure bêta) qui n’est pas active mais peut être rendue active (dioxyde AMD).
En France, la consommation d’énergie provenant de piles est de 2 à 3.106 kWh (les centrales électriques thermiques et hydrauliques fournissent près de 5.1011 kWh).
Les capacité mondiales de production d’oxyde EMD sont, en 2019, de 604 000 t/an avec, par pays, en 2015 :

en t/an
Chine, en 2019 452 000 t/an Espagne 11 000 t/an
États-Unis 70 500 t/an Colombie 6 000 t/an
Japon 33 000 t/an Inde 1 000 t/an
Grèce 26 000 t/an

Source : Li Tongqing, 6th International Forum of Mn Electrolytic Products, mars 2016, Nanning, China

En 2019, la production est de 455 228 t dont 373 500 t en Chine.

Pour l’ensemble des types d’oxydes, le commerce international a porté, en 2020, sur 348 704 t.

Les exportations de la Chine sont de 61 904 t, celle de l’Afrique du Sud de 49 361 t, de la Birmanie de 41 495 t, de l’Inde de 28 637 t.
Les principaux pays importateurs sont la Namibie avec 45 084 t, l’Inde avec 25 203 t, les États-Unis avec 23 881 t, l’Indonésie avec 22 352 t, Singapour avec 16 093 t, la France avec 14 212 t.

L’oxyde EMD est utilisé, en 2019, à 63 % dans des piles alcalines, 20 % dans des piles salines, et 17 % dans des batteries lithium oxyde de manganèse (LMO).

Agriculture : dans ce secteur, où il est indispensable en particulier à la photosynthèse, le manganèse est employé sous forme de sulfate MnSO4. La production mondiale, en 2019, de ce dernier, est de 541 500 t dont 373 500 t en Chine et 90 000 t en Inde, pour une capacité de production mondiale de 890 000 t/an par 33 producteurs dont 21 en Chine et 5 en Inde. Il est destiné à 83 % à l’agriculture et à 17 % à un emploi dans des piles.

Fongicide sous forme de manganèse-éthylène bisdithiocarbamate (Mn-EBDC), élément actif principal du maneb, 200 000 tonnes de maneb sont consommées par an dans le monde.

Élaboration du permanganate de potassium : le procédé électrochimique a supplanté le procédé chimique (oxydation du manganate par le dichlore).
1ère étape : oxydation de la pyrolusite, par le dioxygène de l’air, en présence d’hydroxyde de potassium :

MnO2 + 1/2 O2 + 2 OH = MnO42- + H2O

2ème étape : électrolyse de la solution de manganate (200 g/L), en présence de KOH, à 60°C. Les ions MnO42- sont oxydés, à l’anode, en ions MnO4. Les anodes sont en acier recouvert de Ni. Les cathodes, en acier, sont gaînées d’un revêtement poreux (en PVC, par exemple). La consommation est de 0,8 à 0,9 kWh/kg. Le permanganate est obtenu par cristallisation après refroidissement de la solution. La production mondiale est d’environ 40 000 t/an, la Chine étant un important exportateur.
Le permanganate de potassium est un oxydant puisant, un bactéricide et un algicide. Il est utilisé dans la purification de l’eau potable, le traitement des eaux usées, la désodorisation des rejets d’usines (peinture, conditionnement du poisson…).

Bibliographie

  • International Manganese Institute (IMnI), 56 rue de Londres, 75008 Paris.
  • RPA, « Manganese, The Global Picture A Socio Economic Assessment », report for the International Manganese Institute, Loddon, Norfolk, UK, 2015.
  • A. d’Harambure, « Overview of the global manganese industry« , IMnI, Metal Bulletin Conférence, Vienne, juin 2019.
  • M. Giblin, « Manganese minig outlock, improves, but for how long ? », S&P Global, août 2017.
  • L’Actualité Chimique, janvier, février 1992.
  • Rapport d’activité d’Eramet, 33 av du Maine, 75755 Paris Cedex 15.