Osmium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
76 190,2 g.mol-1 [Xe] 4f14 5d6 6s2 hexagonale compacte de paramètres a = 0,2734 nm et c = 0,4320 nm 135,3 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
22,48 g.cm-3 7 3 045°C 5 027°C 10,9.106 S.m-1 87,6 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling pKa : H2OsO5/HOsO5 pKa : HOsO5/OsO52-
2,2 12 14,5

Potentiels standards :

OsO4 + 4H+ + 4e = OsO2(s) + 2H2O E° = 0,96 V
OsO4 + 8H+ + 8e = Os(s) + 4H2O E° = 0,85 V
OsO42- + 2H2O + 2e = OsO2(s) + 4OH E° = 0,1 V
OsO2(s) + 2H2O + 4e = Os(s) + 4OH E° = -0,15 V
Os2+ + 2e = Os(s) E° = 0,85 V
HOsO5 + 2e = OsO42- + OH E° = 0,3 V

Données thermodynamiques

Osmium cristallisé :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 32,6 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 24,7 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 26,8 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 678 kJ.mol-1
Osmium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 791,1 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 745 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 192,5 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K-1mol-1

Données industrielles

L’osmium (Os) avec le platine (Pt), le palladium (Pd), le rhodium (Rh), le ruthénium (Ru) et l’iridium (Ir) forme la famille des métaux du groupe du platine (PGM en anglais) ou platinoïdes. Ces éléments, possédant des propriétés chimiques proches sont associés dans leurs gisements. Par contre, leurs propriétés physiques sont différentes : le platine et le palladium sont ductiles et faciles à mettre en forme alors que le ruthénium et l’osmium sont durs et cassants, Ru, Rh et Pd ont des densités comprises entre 12 et 12,5, alors que celles de Pt, Ir et Os sont comprises entre 21,4 et 22,6.
Dans les données qui suivent ne sont précisées que celles spécifiques à l’osmium, des données plus générales, pour l’ensmble des platinoïdes, sont développées avec le produit platinoïdes.

Matières premières

Les teneurs de l’écorce terrestre sont de 0,005 ppm, soit 5 µg/kg, pour le platine, 0,015 ppm pour le palladium, 0,0015 pour l’osmium, 0,001 pour le rhodium, l’iridium et le ruthénium.

Teneurs en platinoïdes et en or des reefs sud-africains :

en g/t
Reefs Pt Pd Rh Ru Ir Os Au
Merensky 3,25 1,38 0,17 0,44 0,06 0,04 0,18
UG-2 2,46 2,04 0,54 0,72 0,11 0,10 0,02
Platreef 1,26 1,38 0,09 0,12 0,02 0,02 0,10

Source : DERA

Utilisations

L’osmium, qui s’oxyde à l’air lorsqu’il est à l’état divisé en donnant du tétroxyde (OsO4), très toxique, est employé dans les revêtements d’or sur verre. Le tétroxyde d’osmium est utilisé dans la détection des empreintes digitales et des traces d’ADN lors des enquêtes de la police scientifique.

Ruthénium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
44 101,07 g.mol-1 [Kr] 4d7 5s1 hexagonale compacte de paramètres a = 0,2706 nm et c = 0,4281 nm 133,9 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
12,30 g.cm-3 6,5 2 310°C 3 900°C 13,7.106 S.m-1 117 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling pKa : H2RuO5/HRuO5 pKa : HRuO5/RuO52-
2,2 0 11,2

Potentiels standards :

RuO2(s) + 4Haq+ + 4e = Ru(s) + 2H2O E° = 0,79 V
RuO42- + 2H2O + 2e = RuO2(s) + 4OH E° = 0,35 V
RuIV + e = RuIII E° = 0,86 V
RuO4 + e = RuO4 E° = 1,00 V
RuO4 + e = RuO42- E° = 0,59 V

Données thermodynamiques

Ruthénium cristallisé :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 28,5 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 24,1 J.K-1mol-1
Ruthénium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 642,9 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 596 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 186,5 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 21,5 J.K-1mol-1

Données industrielles

Le ruthénium (Ru), avec le platine (Pt), le palladium (Pd), le rhodium (Rh), l’iridium (Ir) et l’osmium (Os) forme la famille des métaux du groupe du platine (PGM en anglais) ou platinoïdes. Ces éléments, possédant des propriétés chimiques proches sont associés dans leurs gisements. Par contre, leurs propriétés physiques sont différentes : le platine et le palladium sont ductiles et faciles à mettre en forme alors que le ruthénium et l’osmium sont durs et cassants, Ru, Rh et Pd ont des densités comprises entre 12 et 12,5, alors que celles de Pt, Ir et Os sont comprises entre 21,4 et 22,6.
Dans les données qui suivent ne sont précisées que celles spécifiques au ruthénium, des données plus générales, pour l’ensemble des platinoïdes, sont développées avec le produit platinoïdes.

Matières premières

Les teneurs de l’écorce terrestre sont de 0,005 ppm, soit 5 µg/kg, pour le platine, 0,015 ppm pour le palladium, 0,0015 pour l’osmium, 0,001 pour le rhodium, l’iridium et le ruthénium.

Teneurs en platinoïdes et en or des reefs sud-africains :

en g/t
Reefs Pt Pd Rh Ru Ir Os Au
Merensky 3,25 1,38 0,17 0,44 0,06 0,04 0,18
UG-2 2,46 2,04 0,54 0,72 0,11 0,10 0,02
Platreef 1,26 1,38 0,09 0,12 0,02 0,02 0,10

Source : DERA

Productions minières

La production mondiale de ruthénium est d’environ 40 t/an, à 89,8 % en Afrique du Sud, 4,5 % au Zimbabwe, 4,2 % en Russie et 1,4 % au Canada.

Commerce international :

En 2021, les États-Unis, ont importé 56 t de platine, 76 t de palladium, 17 t de rhodium, 23 t de ruthénium, 2,5 t d’iridium. Ils ont exporté 30 t de platine, 43 t de palladium, 1,3 t de rhodium et 2,8 t des autres platinoïdes.

Utilisations

La consommation mondiale de ruthénium, en 2019 est de 36,57 t

Secteurs d’utilisation : dans le monde, en 2019, pour le ruthénium.

Électronique 34 % Électrochimie 21 %
Chimie 28 % Autres 16 %

Source : Johnson Matthey

Le ruthénium est utilisé comme catalyseur dans la production d’ammoniac à partir de gaz naturel et avec l’iridium, comme revêtement d’électrodes dans l’électrolyse de saumures pour la fabrication du dichlore et de l’hydroxyde de sodium. L’ajout de 0,1 % de Ru au titane permet d’augmenter considérablement sa résistance à la corrosion. En Chine, il est employé comme catalyseur dans la production de caprolactame et d’acide adipique destinés à la production de nylon 6 et 6.6. Le ruthénium est également utilisé pour élaborer des cibles de pulvérisation cathodique pour des dépôts en couche mince sur les disques durs. Ces dépôts, très minces, de 4 couches atomiques, séparent deux couches magnétiques pour créer un couplage antiferromagnétique qui permet d’augmenter la densité du stockage sur le disque dur.

Fer

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structures cristallines Rayon métallique pour la coordinence 12
26 55,85 g.mol-1 [Ar] 3d6 4s2 alpha puis gamma entre 912°C et 1394°C et à nouveau alpha.

  • Forme alpha : cubique centrée de paramètre a = 0,286 nm
  • Forme gamma : cubique à faces centrées de paramètre a = 0,356 nm
127,4 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de Curie Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
7,96 g.cm-3 4 770°C 1 535°C 2 750°C 9,93.106 S.m-1 80,2 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling pKa : Fe2+aq/FeOH+aq pKa : Fe3+aq/FeOH2+aq pKs : FeCO3 pKs : Fe(OH)2 pKs : Fe(OH)3 pKs : FeS
1,93 7 2,2 10,7 15,1 37,2 17,3

Potentiels standards :

Fe(OH)2 + 2e = Fe(s) + 2OH E° = -0,875 V
FeO42- + 8H+ + 3e = Fe3+ + 4H2O E° = 2,2 V
FeO42- + 3H2O + 3e = FeOOH(s) + 5OH E° = 0,7 V
Fe(OH)4 + e = Fe(OH)42- E° = -0,73 V
Fe3+ + e = Fe2+ E° = 0,771 V
Fe2+ + 2e = Fe(s) E° = -0,44 V
Fe3O4(s) + 8H+ + 2e = 3Fe2+ + 4H2O E° = 1,23 V

Données thermodynamiques

Fer alpha :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 27,3 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,1 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 15,1 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 352,3 kJ.mol-1
Fer gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 416,5 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 370,8 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 180,4 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,7 J.K-1mol-1

Données industrielles

Les aciers 

Voir ces produits.

Les composés chimiques du fer

Le principal composé utilisé est le chlorure ferrique (FeCl3) qui est fabriqué, en solution, par attaque chlorhydrique de ferrailles suivie d’une oxydation par le dichlore ou directement par attaque de ferrailles par FeCl3. Par ailleurs, l’attaque acide directe de minerai de fer est de plus en plus employée.

Le chlorure ferrique est également préparé anhydre par attaque de ferrailles par le dichlore vers 500-700°C ou obtenu comme sous-produit de la fabrication du dioxyde de titane par chloration (voir ce chapitre).

En France, les principaux producteurs sont les suivants :

  • Kuhlmann, ex Produits Chimiques de Loos, filiale du groupe belge Tessenderlo, à Loos (59), avec une capacité de production de 200 000 t/an,
  • Feracid, société commune entre Novacid (Novacap) devenu Seqens en décembre 2018 et le groupe suédois Feralco, à Pont-de-Claix (38) avec une capacité de production de 60 000 t/an est devenue, en mai 2021, propriété totale du groupe Feralco,
  • Kem One à Lavera (13) avec 30 000 t/an,
  • Eramet à Sandouville (76).

Le chlorure ferrique est principalement employé dans le traitement des eaux usées, comme agent floculant ainsi que pour l’élimination des ions phosphates, par précipitation du phosphate ferrique, afin de lutter contre l’eutrophisation des rivières.

 

Rhénium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
75 186,2 g.mol-1 [Xe] 4f14 5d5 6s2 hexagonale compacte de paramètres a = 0,2761 nm et c = 0,4458 nm 137,5 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
21,02 g.cm-3 7 3 180°C 5 596°C 5,42.106 S.m-1 47,9 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling
1,9

Potentiels standards :

Re3+ + 3e = Re(s) E° = 0,3 V
ReO4 + 2H+ + e = ReO3(s) + H2O E° = 0,77 V
ReO4 + 4H+ + 3e = ReO2(s) + 2H2O E° = 0,51 V
ReO4 + 2H2O + 3e = ReO2(s) + 4OH E° = -0,59 V
ReO3(s) + 2H+ + 2e = ReO2(s) + H2O E° = 0,4 V
ReO4 + 8H+ + 7e = Re(s) + 4H2O E° = 0,37 V
ReO2(s) + 4H+ + 4e = Re(s) + 2H2O E° = 0,26 V

Données thermodynamiques

Rhénium cristallisé :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 36,9 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,5 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 33 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 636 kJ.mol-1
Rhénium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 770,1 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 724,9 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 188,9 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 de l’écorce terrestre est comprise entre 0,7 et 7 ppb, soit de 0,7 à 7 mg/t.
Le rhénium (Re) est principalement présent dans la molybdénite (MoS2), elle même présente dans les gisements sulfurés de cuivre de type porphyrite, présents en Amériques du Nord et du Sud. La concentration en rhénium de la molybdénite peut atteindre de 250 à 700 ppm, soit de 250 à 700 g/t. En conséquence, le rhénium est principalement un coproduit de la production du molybdène, lui même coproduit de la production de cuivre.

Le rhénium est également présent dans des gisements de cuivre sédimentaires, par exemple au Kazakhstan, en Ouzbékistan, en Russie, en Arménie, en Pologne. Dans ces minerais, pauvres en molybdène, la teneur en rhénium peut atteindre, par exemple, en Pologne, de 1,22 à 1,68 g de Re/t et après concentration, de 8,2 à 12,5 ppm dans les concentrés de cuivre.

Productions minières

Production minière de rhénium

En 2024, en kg, sur un total mondial de 62 000 kg, hors Russie. Source : USGS

en kg
Chili 29 000 Ouzbékistan 5 000
États-Unis 9 500 Corée du Sud 3 000
Pologne 9 400 Kazakhstan 500
Chine 5 300 Arménie 200

Source : USGS

  • La production chilienne est principalement transformée sur place par Molymet ou exportée.
  • En 2020, aux États-Unis, des concentrés de molybdénite renfermant du rhénium sont produits dans 6 mines de cuivre et de molybdène dont 4 dans l’Arizona, une dans le Montana et une dans l’Utah. Les concentrés sont traités dans deux installations de grillage, à Sierrita, dans l’Arizona, exploitée par Freeport McMoRan et à Langeloth, en Pennsylvanie, exploitée par Thompson Creek qui a été racheté, en octobre 2016, par Centerra Gold.
  • En Pologne, la production, associée à celle de cuivre, est assurée par KGHM. Le rhénium est récupéré lors du grillage des concentrés de cuivre à Glogów pour donner du perrhénate d’ammonium qui est partie transformé en métal à Legnica.
  • La production russe n’est pas connue.
  • Chinova Resources (ex Inova et ex Ivanhoe Australia) dont Shanxi Donghui Coal Coking & Chemicals Group a pris le contrôle en décembre 2013, développe le projet Merlin de mine de molybdène-rhénium, en Australie, dans le Nord-Ouest du Queensland. Les réserves probables sont de 6,4 millions de t de minerai renfermant 1,5 % de Mo et 26 g de Re/t. La production prévues est de 5 100 t/an de Mo et 7 300 kg/an de Re. Le minerai extrait doit être traité dans le complexe, proche, de production de cuivre d’Osborne.

Réserves : en 2024. Monde : 2 400 t, en 2022.

en tonnes
Chili 1 300 Arménie 95
États-Unis 400 Pérou, en 2022 45
Russie 310 Canada, en 2022 32
Kazakhstan 190 Chine 19
Source : USGS

Fabrication industrielle

Élaboration du perrhénate d’ammonium (NH4ReO4) :

Les minerais sulfurés de cuivre sont traités par flottation différentielle pour donner d’une part des concentrés de cuivre et d’autre part des concentrés de molybdénite. Les concentrés de molybdénite, renfermant de 85 à 95 % de MoS2, sont principalement traités par voie pyrométallurgique de grillage.
Les concentrés de molybdénite, lors de leur grillage entre 500 et 650°C, libèrent, dans les gaz issus du grillage, de l’oxyde de rhénium Re2O7 sous forme de particules fines et de vapeur. La réaction de grillage est la suivante :

2 MoS2 + 7 O2 = 2 MoO3 + 4 SO2

Le barbotage dans l’eau de ces gaz donne une solution acide, renfermant le rhénium en solution sous forme d’ions ReO4. Le taux de récupération du rhénium est d’environ 60 %.

Lorsque le molybdène n’est pas récupéré, comme dans le traitement des minerais de cuivre polonais, le rhénium contenu est présent dans les gaz issus du grillage des concentrés de cuivre. Il est récupéré également par barbotage dans de l’eau, pour donner une solution dont la teneur varie entre 20 et 60 mg de Re/L.

Les solutions issues du grillage des concentrés de molybdénite ou de cuivre sont purifiées en précipitant les sulfures contenus par augmentation du pH à l’aide de soude puis le rhénium est extrait à l’aide de résines échangeuses d’ions et récupéré par élution à l’aide d’ammoniac.

Le rhénium, de nombre d’oxydation +7, contenu dans la solution d’élution est :

  • soit précipité par HCl et H2S pour donner du sulfure de rhénium (Re2S7) qui après filtration est dissous dans de l’eau oxygénée pour donner du perrhénate d’ammonium (APR : NH4ReO4),
  • soit récupéré par évaporation de la solution et cristallisation.

Le perrhénate d’ammonium (NH4ReO4), dénommé APR est l’une des principales formes de commercialisation du rhénium.

Élaboration du rhénium métallique :

Pour des applications dans l’élaboration d’alliages métalliques et en particulier de superalliages, le perrhénate d’ammonium ou l’acide perrhénique est réduit en rhénium, vers 850°C, par le dihydrogène selon la réaction suivante :

2 NH4ReO4 + 7 H2 = 2 Re + 8 H2O + 2 NH3

Après pressage, la poudre obtenue est frittée, vers 1100°C, sous atmosphère de dihydrogène. La pureté obtenue est de 99,9 %.

Principaux producteurs : en 2013, sur une production mondiale de 44 950 kg.

en kg
Molymet (Chili) 21 250 Centerra Gold (États-Unis) 1 000
Freeport McMoRan (États-Unis) 8 000 Sarcheshmeh Copper (Iran) 1 000
KGHM (Pologne) 7 000 ZCMC (Arménie) 700
LS Nikko Copper (Corée du Sud) 3 000 Navoi (Ouzbékistan) 500
Jiangxi Copper (Chine) 2 500
  • Molymet, qui détient, en 2019, avec 40 000 kg/an 70 % des capacités mondiales de production de rhénium, produit du rhénium principalement à Nos, près de Santiago et à Mejillones, au Chili, à Gand, en Belgique et à Cumpas, dans l’État de Sonora, au Mexique. La société est approvisionnée en concentrés de molybdénite par les principaux producteurs de cuivre chiliens (Codelco, Anglo American, Antofagasta …), péruviens, mexicains… En 2020, les ventes de rhénium ont porté sur 14 550 kg et celles de molybdène de 67 133 t.
  • Codelco, au travers de sa filale Molyb, a construit à Mejillones, au Chili, une usine d’une capacité de production de 16 000 t/an de Mo et 2 800 kg/an de Re qui a commencé à produire fin 2016.

Recyclage

Le rhénium contenu dans les superalliages et les catalyseurs après usage est quasi systématiquement récupéré.

En 2020, la production mondiale à partir du recyclage est comprise entre 20 et 25 t.
Les principaux pays producteurs de rhénium secondaire sont l’Allemagne, les États-Unis, le Canada, la Russie, l’Estonie.

Producteurs :

Utilisations

Quelques propriétés remarquables :

  • Sa masse volumique, de 21,02 g/cm3, est plus élevée que celles de l’or et du tungstène.
  • Sa température de fusion très élevée, 3 186°C, lui confère des propriétés réfractaires.
  • Il résiste fortement à la corrosion.
  • Il est particulièrement ductile.

Consommations annuelles : dans le monde, en 2018, 75 000 kg, dont 31 200 kg, en 2021, aux États-Unis.
En 2021, les importations des États-Unis sont de 15 900 kg de métal et 6 000 kg de perrhénate. Dans ce pays, entre 2018 et 2021, les importations de métal proviennent à 84 % du Chili, 8 % du Canada, 6 % d’Allemagnr et celles de perrhénate d’ammonium à 27 % du Kazakhstan, 16 % de Pologne, 15 % du Canada, 15 % d’Allemagne.

Secteurs d’utilisation : en 2017.

Superalliages 80 % Catalyse 15 %

Les superalliages à base nickel : le rhénium est un élément de composition de ces alliages pour la fabrication de pales monocristallines de turbines destinées à des turboréacteurs et à des turbines industrielles à gaz. Il permet d’accroître leur résistance thermique en particulier dans les zones proches de la chambre de combustion. Les nouveaux moteurs de Pratt & Whitney devant équiper la moitié des Airbus 320 Neo renferment par moteur 5,4 kg de rhénium. Exemples de composition, en % massique :

Alliages Cr Co Mo W Ta Nb Al Ti Re Hf Ru
CMSX 10 2,0 3,0 0,4 5,0 8,0 0,1 5,7 0,2 6,0 0,03
Rene N6 4,2 12,5 1,4 6,0 7,2 5,7 5,0 0,1
MC-NG 4,0 1,0 5,0 5,0 6,0 0,5 4,0 0,1 0,1
Source : K. Leszczynska-Sejda, IMN

Les catalyseurs : des catalyseurs Pt-Re sont utilisés dans le reformage catalytique du pétrole afin d’augmenter l’indice d’octane des carburants, dans la fabrication du benzène, du toluène et des xylènes ainsi que dans la fabrication de carburants à partir de méthane.

Autres utilisations :

  • Dans la composition de résistances de fours électriques.
  • Dans les thermocouples W-Re permettant de mesurer des températures jusqu’à 2 300°C sous vide ou atmosphère de dihydrogène. Les compositions des fils sont de 3 à 5 % de Re pour l’un, 25 à 26 % de Re pour l’autre.
  • Comme élément d’alliage du tungstène ou du molybdène dans les anode tournantes de tubes de production de rayons X destinés aux radiographies. L’ajout du rhénium permet d’augmenter la ductilité et la résistance au fluage de ces métaux. La teneur en Re de l’alliage Mo-Re peut atteindre 50 % en poids, celle de l’alliage W-Re, 27 %.

Bibliographie

 

Archives

Rhénium 2023

Rhénium 2022

Rhénium 2019

Rhénium 2015

Rhénium 2012

 

Technétium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
43 98 g.mol-1 [Kr] 4d5 5s2 hexagonale compacte de paramètres a = 0,2743 nm et c = 0,4400 nm 136,0 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
11,5 g.cm-3 2 157°C 4 265°C 6,7.106 S.m-1 50,6 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling
1,9

Données thermodynamiques

Technétium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 678 kJ.mol-1

Données industrielles

Le technétium est un élément radioactif, ne possédant aucun isotope stable, prédit par Mendeleïev, sous le nom d’eka-manganèse. Il a été découvert en 1937 par Carlo Perrier et Emilio Segré à l’Université de Palerme, en Silice. Son isotope le plus courant est le 99Tc, dont la période est de 211 100 années et l’activité de 0,62 GBq/g. Il est présent naturellement sur terre à l’état de traces par désintégration radioactive de l’uranium 238 présent dans les minerais d’uranium.

Il est surtout produit artificiellement dans des réacteurs nucléaires et lors d’essais de bombes atomiques.
La fission d’un gramme d’uranium 235 dans un réacteur nucléaire donne 27 mg de 99Tc. Il en est de même pour le plutonium 239. C’est l’un des principaux éléments radioactifs des déchets nucléaires et c’est le plus actif entre 104 et 106 années après leur formation.

Le technétium possède également des isotopes métastables, appelés isomères, dont 99mTc, produit lors de la désintégration radioactive du molybdène 99. La période du 99mTc est de 6 heures avec production de rayons gamma avant de donner 99Tc. C’est cet isotope qui est largement, à 80 %, utilisé lors d’examens par imagerie nucléaire.

Fabrication industrielle

Le précurseur du 99mTc est le molybdène 99, lui même obtenu par fission de l’uranium 235 dans un réacteur nucléaire de recherche. Les échantillons à irradier, constitués par un alliage d’aluminium avec l’uranium, UAl2, UAl3 ou UAl4, placés en sandwich entre deux feuilles d’alliage d’aluminium, sont, en général, fortement, à 95 %, enrichis en uranium 235. Après environ 6 jours d’irradiation, les échantillons sont sortis du réacteur et le 99Mo est extrait après dissolution basique des échantillons puis purifié. Le 99Mo est ensuite, sous forme d’ion molybdate, MoO42- adsorbé sur une colonne d’alumine. La période du 99Mo est de 66 heures. En conséquence l’approvisionnement en 99Mo doit être régulier, une à deux fois par semaine, sous forme d’une « vache à technétium ». Juste avant l’examen, la colonne d’alumine est éluée par du sérum physiologique (solution aqueuse à 0,9 % de NaCl) afin de récupérer le 99mTc sous forme d’ion pertechnetate TcO4. Cet ion afin de le fixer facilement sur les organes cibles peut être lié, avant injection au patient, à diverses molécules spécifiques.

Afin de limiter puis d’éliminer l’utilisation, pour des applications civiles, de l’uranium fortement enrichi en 235U, qui présente des risques de prolifération et d’utilisation malveillante, les producteurs de 99Mo, commencent à adapter leurs installations pour employer de l’uranium faiblement enrichi (à moins de 20 % de 235U). D’autres technologies sont envisagées mais non encore industrialisées. Il s’agit de la capture de neutrons par 98Mo, toujours dans un réacteur nucléaire ou l’emploi d’accélérateurs de particules sur des cibles de 100Mo ou 238U.

Réacteurs produisant du 99Mo : ces réacteurs de recherche produisent également d’autres radio-éléments, effectuent divers essais sur des matériaux et dopent le silicium monocristallin par irradiation. Ces réacteurs sont souvent âgés et en fin de vie. Les réacteurs suivants fournissent 90 % des besoins mondiaux :

  • BR-2 à Mol en Belgique, exploité par le SCK-CEN, a 54 ans.
  • HFR à Petten, aux Pays Bas, exploité par l’Institut de l’énergie de l’Union européenne, a 54 ans. Depuis début 2018, fonctionne avec de l’uranium faiblement enrichi.
  • Safari-1, à Pelindaba, exploité par la Necsa, en Afrique du Sud, a 50 ans, fonctionne avec de l’uranium moins fortement enrichi.
  • Maria, à Swierk-Otwock, en Pologne, a 41 ans.
  • LVR-15 REZ, à Rez, en République tchèque, a 58 ans.
  • Opal, à Sydney, en Australie, a 8 ans.
  • FRM-II, à Munich, en Allemagne, a commencé à livrer du 99Mo en 2019.
  • Par ailleurs, des réacteurs, avec une plus faible production, fonctionnent, en Russie et en Argentine.
  • Le réacteur NRU à Chalk River, au Canada, exploité par le CNL, âgé de 58 ans, et qui assurait environ 40 % de la production mondiale a été arrêté le 31 mars 2018.
  • Le réacteur Osiris, à Saclay, en France, exploité par le CEA, âgé de 49 ans, qui assurait de 3 à 5 % de la production mondiale a été arrêté fin 2015 et doit être remplacé, en 2022, par le futur réacteur Jules Horowicz (RJH), en construction à Cadarache (13).

Producteurs de 99Mo : après une irradiation d’environ 6 jours, les échantillons d’uranium irradié sont dissous en milieu acide ou basique puis le 99Mo est récupéré après une série de purifications et enfin adsorbé dans une colonne d’alumine.

Situation française

Le réacteur Osiris, exploité par le CEA, sur le site de Saclay (91) a été arrêté fin 2015. Il produisait du 99Mo expédié à Petten aux Pays-Bas pour être extrait, purifié et conditionné dans des « vaches à technétium » ou à Fleurus, en Belgique pour être extrait et purifié puis réexpédié, à Saclay, en France, à la société CIS-Bio, pour être conditionné dans des « vaches à technétium ».

Le réacteur Jules Horowicz est en construction à Cadarache (13).

Utilisations

Dans le monde, environ 30 millions d’examen par imagerie nucléaire, dont 1,2 million en France, sont pratiqués chaque année et 80 % de ceux-ci font appel au 99mTc. Les États-Unis pratiquent de 40 000 à 50 000 examens par jour et consomment environ la moitié de la production mondiale. Les principaux examens utilisant le 99mTc sont ceux du cœur, des os, de la thyroïde et des glandes salivaires.

Bibliographie

Archives

Technétium 2022

Technétium 2019

Technétium 2015

 

Manganèse

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 minéraux 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 2023, exprimé en Mn contenu, les minerais riches, avec une teneur ≥ à 44 % de Mn, représentent 21 % de la production totale de minerais, les intermédiaires avec une teneur comprise entre 40 et 44 %, 20 % de la production, avec une teneur comprise entre 30 et 40 %, 48 % de la production, les pauvres, avec une teneur inférieure à 30 %, 11 % 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 milliers de t de minerai produit
Moanda (Gabon), en 2023 7 409 Hotazel et Wessels (Afrique du Sud), en 2023-24 4 499
Groote Eylandt (Australie), en 2023-24 3 873 Nchwaning et Gloria (Afrique du Sud), en 2023 4 272
Nsuta (Ghana), en 2019 5 380 Tshipi Borwa (Afrique du Sud), en 2023-24 3 450

Sources : rapports des sociétés

Productions minières

Le production minière mondiale s’élevait, en 2023, à 20,6 millions de t de Mn contenu.

Production minière de manganèse

En 2024, en milliers de t de Mn contenu, sur un total mondial de 20 millions de t. Source : Eramet

en milliers de t de Mn contenu
Afrique du Sud 7 000 Chine 770
Gabon 4 600 Brésil 590
Australie 2 800 Malaisie 410
Ghana 820 Côte d’Ivoire 360
Inde 800

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 et 29,6 % par Anglo American qui ont produit, en 2023-24, 4,499 millions de t de minerai, avec des réserves prouvées et probables de 93 millions de t renfermant 39,4 % 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 2023, une production de 4,272 millions de t de minerai et des réserves prouvées et probables de 278 millions de t renfermant 40,4 % 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 2023-24, de 3,45 millions de t et des réserves prouvées et probables, au 30 juin 2024, de 82,24 millions de t renfermant 35,86 % 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 2023, est de 7,409 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 2024, de 250 millions de t de minerai à 44,3 % 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 et commerciale des Mines de Huagzhou (CICMHZ).

  • 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 2023-24, la production est de 3,873 millions de t. Les réserves prouvées et probables sont de 52 millions de t renfermant 42,2 % 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 2019, de 5,38 millions de t d‘un minerai de carbonate de manganèse avec une teneur de 26,9 % de Mn et des réserves de 46,9 millions de t de minerai renfermant 27,9 % de Mn.
  • En Côte d’Ivoire, 4 mines sont exploitées à Bondoukou (à l’est), Guitry (sud ouest), Kaniasso et Lagnonkaha, au nord du pays.

Principaux producteurs

En 2023, les principaux producteurs étaient, en parts de la production mondiale :

South32 19 % Revona (Russie) 4 %
Eramet 14 % AML 3 %
Assmang Ltd 9 % NGM 3 %
Jupiter Mines 6 % MOIL 3 %
TMI 6 % Privat (Ukraine) 2 %

Source : Eramet

  • South32 (ex BHP Billiton) : a produit, en 2023-24, 4,499 millions de t de minerai dont 2,324 millions de t en Australie et 2,175 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) : a produit 7,409 millions tonnes de minerai, en 2023, dans la mine de Moanda.
  • Assmang Ltd (Afrique du Sud) détenu à 50 % par African Rainbow Minerals (ARM) et 50 % par Assore a produit 4,272 millions de t de minerai, en 2023.
  • 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 2022-23, de 3,340 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 2022-23, la production a été de 1,302 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 2023, est de 3,671 millions de t de minerai.

Commerce international : en 2023.

Les exportations ont porté sur un total de 81,180 millions de t de minerai ou concentrés avec comme principaux pays exportateurs :

en milliers de t de minerai
Gabon 50 460 Brésil 1 449
Afrique du Sud 22 127 Côte d’Ivoire 892
Australie (estimation) 6 000 Malaisie 359
Ghana 4 975 Kazakhstan 157

Source : ITC

Les exportations gabonaises sont destinées à :

  • 38 % à la Chine,
  • 36 % à la France,
  • 13 % à l’Inde,
  • 7 % à la Norvège.

Principaux pays importateurs sur un total de 42,244 millions de t :

en milliers de t de minerai
Chine 31 353 Malaisie 516
Inde 5 524 Indonésie 423
Norvège 993 France 289
Japon 915 États-Unis 245
Corée du Sud 786 Bangladesh 203

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent  à :

  • 47 % d’Afrique du Sud,
  • 17 % d’Australie,
  • 15 % du Gabon,
  • 10 % du Ghana.

Réserves

Les réserves mondiales de minerais riches (Mn > 44 %) étaient, en 2022, de 1 700 millions de t.

Réserves de minerais de manganèse

En 2024, en millions de t de Mn contenu, sur un total mondial de 1,7 milliard de t. Source : USGS

en milliers de t de Mn contenu
Afrique du Sud 560 000 Gabon 61 000
Australie 500 000 Inde 34 000
Chine 280 000 Ghana 13 000
Brésil 270 000 Kazakhstan 5 000
Ukraine 140 000 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 46 000 t/an et la production, en 2022, de 7 000 t.

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 2023, 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

Ferrosilico-manganèse : en 2024, la production mondiale est de 16,3 millions de t. avec la répartition suivante :

en %
Chine 68 % Brésil 2 %
Inde 14 % Géorgie 1 %
Russie 3 % Vietnam 1 %
Malaisie 3 % Mexique 1 %
Norvège 2 % Zambie 1 %

Source : IMnI

Ferromanganèse carburé : en 2024, la production mondiale est de 3,9 millions de t avec la répartition suivante :

en %
Chine 38 % Norvège 3 %
Inde 26 % Corée du Sud 2 %
Japon 8 % Iran 2 %
Malaisie 7 % France 2 %
Russie 4 % Brésil 2 %

Source : IMnI

Ferromanganèse affiné : en 2024, la production mondiale est de 1,6 million de t avec la répartition suivante :

en %
Chine 44 % États-Unis 4 %
Inde 22 % Vietnam 2 %
Norvège 13 % Corée du Sud 1 %
Japon 6 % Mexique 1 %
Afrique du Sud 5 % Espagne 1 %

Source IMnI

En 2021, la production de l’Union européenne, principalement en France, Espagne et Slovaquie est de 381 000 t dont 194 000 t de ferrosilicomanganèse, 187 000 t de ferromanganèse. Par ailleurs, en Europe, la production de la Norvège est importante avec, en 2021, 610 000 t.

Métal : en 2024, la production mondiale est de 1,289 million de t, réalisée à 93 % en Chine, par électrolyse.

La production de manganèse métal (EMM) est très majoritairement réalisée en Chine. Les autres pays producteurs sont l’Afrique du Sud, avec Manganese Metal Company, l’Indonésie avec Qingshan et l’Ukraine avec Zaporozhye, ce pays ayant cessé toute production avec l’invasion russe.

Commerce international

Il a porté, en 2022, sur 3,493 millions de t de ferrosilicomanganèse, en 2021, sur 1,196 million de t de ferromanganèse carburé et sur 465 422 t, en 2022, de ferromanganèse affiné.

Principaux pays exportateurs, en 2023 :

  • Inde : 1 232 414 t, en 2022, de ferrosilicomanganèse, 106 019 t, en 2022, de ferromanganèse affiné.
  • Ukraine : 332 387 t de ferrosilicomanganèse, 3 105 t de ferromanganèse carburé, 209 t de ferromanganèse affiné.
  • Malaisie : 284 600 t de ferrosilicomanganèse, 273 780 t de ferromanganèse carburé.
  • Afrique du Sud : 69 932 t de ferrosilicomanganèse, 323 611 t de ferromanganèse carburé, 46 135 t de ferromanganèse affiné.
  • Norvège : 280 858 t de ferrosilicomanganèse.
  • Géorgie : 228 577 t de ferrosilicomanganèse, en 2022.

Principaux pays importateurs : en 2023 :

  • États-Unis : 280 649 t de ferrosilicomanganèse, 201 845 t de ferromanganèse carburé, 116 997 t de ferromanganèse affiné.
  • Allemagne : 181 103 t de ferrosilicomanganèse, 104 993 t de ferromanganèse carburé, 43 845 t de ferromanganèse affiné.
  • Japon : 227 976 t de ferrosilicomanganèse, 64 415 t de ferromanganèse carburé, 3 192 t de ferromanganèse affiné.
  • Turquie : 239 694 t de ferrosilicomanganèse, 53 649 t de ferromanganèse carburé, 36 522 t de ferromanganèse affiné.
  • Russie, en 2022 : 135 865 t de ferrosilicomanganèse, 4 740 t de ferromanganèse carburé, 2 877 t de ferromanganèse affiné.

Producteurs

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

  • Eramet a produit, en 2023, 644 000 t d’alliages de manganèse dont 238 000 t de silicomanganèse, 61 000 t de ferroalliages carburés, 336 000 t de ferroalliages affinés et 9 000 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 46 000 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 2023, 227 243 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.
  • Assmang Ltd (Afrique du Sud) détenu à 50 % par African Rainbow Minerals (ARM) et 50 % par Assore a produit, en 2023, 425 000 t de ferromanganèse dont 253 000 à Sakura et 172 000 t à Cato Ridge.
  • OM Holding, société malaise, a produit, en 2023, 294 432 t d’alliages de manganèse en Malaisie à Samalaju, dans l’État de Sarawak (nord de l’île de Bornéo).
  • Le groupe indien GFG Alliance a acquis, en 2020, l’usine TEMCO à Bell Bay, en Tasmanie (Australie) auprès de South32 et Anglo American.
  • 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 2022, a été de 232 400 t d’alliages.
  • 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 28 000 tonnes par an.

Situation française

Production et commerce extérieur

Minerai

En 2023.

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 7,409 millions de tonnes de minerai, en 2023.

  • Exportations : 67 179 t vers la Norvège à 79 %, l’Allemagne à 5 %, la Belgique à 5 %.
  • Importations : 351 245 t du Gabon à 52 %, d’Afrique du Sud à 45 %.
Alliages de manganèse et manganèse

La France est un producteur de ferromanganèses et ferrosilicomanganèse.
Productions, en 2021 : 68 000 t de ferrosilicomanganèse et 108 000 t de ferromanganèse carburé.

Commerce extérieur

En 2023.

Ferrosilicomanganèse :

  • Exportations : 39 687 t vers l’Allemagne à 82 %, la Belgique à 6 %, la Pologne à 4 %, le Royaume Uni à 4 %.
  • Importations : 50 637 t de Norvège à 44 %, d’Italie à 33 %, de Géorgie à 3 %.

Ferromanganèse carburé :

  • Exportations : 64 130 t vers l’Allemagne à 31 %, la Norvège à 16 %, la Slovaquie à 12 %, les Pays Bas à 10 %, le Royaume Uni à 8 %.
  • Importations : 20 510 t de Malaisie à 52 %, du Brésil à 18 %, d’Inde à 5 %.

Ferromanganèse affiné :

  • Exportations : 348 t vers le Maroc à 32 %, la Suède à 25 %, l’Allemagne à 14 %, la Turquie à 11 %.
  • Importations : 14 628 t de Norvège à 54 %, d’Afrique du Sud à 24 %, du Royaume Uni à 7 %.

Manganèse :

  • Exportations : 175 t vers l’Italie à 38 %, l’Allemagne à 27 %, les Pays Bas à 12 %, la Serbie à 8 %.
  • Importations : 7 297 t de Chine à 57 %, d’Allemagne à 14 %, d’Espagne à 13 %, d’Afrique du Sud à 6 %.

Oxyde de manganèse MnO :

  • Exportations : 9 199 t vers le Danemark à 36 %, la Belgique à 17 %, l’Allemagne à 13 %, le Koweït à 8 %.
  • Importations : 11 991 t d’Inde à 34 %, de Corée du Sud à 14 %, de Géorgie à 13 %, d’Afrique du Sud à 10 %, de Norvège à 9 %.

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 2023, une production de 7,409 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 2023.

Sidérurgie 90 % Autres 10 %

Source : Eramet

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

Archives

Manganèse 2023

Manganèse 2022

Manganèse 2019

Manganèse 2015

Manganèse 2013

Manganèse 2010

Manganèse 1996

Manganèse 1992

Tungstène

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
74 183,9 g.mol-1 [Xe] 4f14 5d4 6s2 cubique centrée
de paramètre a = 0,3165 nm
140,8 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
19,35 g.cm-3 7,5 3 410°C 5 660°C 8,9.106 S.m-1 174 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling
1,5

Potentiels standards :

2WO3(s) + 2H+ + 2e = W2O5(s) + H2O E° = -0,03 V
WO3(s) + 6H+ + 6e = W(s) + 3H2O E° = -0,09 V
WO42- + 4H2O + 6e = W(s) + 8OH E° = -1,01 V
W2O5(s) + 2H+ + 2e = 2WO2(s) + H2O E° = -0,04 V
WO2(s) + 4H+ + 4e = W(s) + 2H2O E° = -0,12 V

Données thermodynamiques

Tungstène cristallisé

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 32,6 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 24,3 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 33,7 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 824 kJ.mol-1
Tungstène gazeux

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 849,7 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 807,4 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 173,9 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 21,3 J.K-1mol-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur de l’écorce terrestre est d’environ 1,5 ppm de tungstène (W).

Minerais

Il s’agit principalement de tungstates avec des teneurs comprises entre 0,3 et 2 % de W.

  • La scheelite, CaWO4, représente 70 % des réserves de tungstène.
  • La wolframite, (Fe,Mn)WO4, qui est une solution solide continue entre FeWO4, la ferberite, et MnWO4, l’hübnerite, représente 30 % des réserves de tungstène.

Le molybdène et l’étain sont souvent associés au tungstène dans les minerais.

Minéralurgie

Les minerais de tungstène sont denses et friables, la scheelite étant par ailleurs fluorescente sous rayonnement ultraviolet. Seule la scheelite peut être concentrée par flottation. La wolframite, paramagnétique, peut être concentrée à l’aide de méthodes magnétiques. Le minerai est concentré physiquement sur les lieux d’extraction.
Le broyage doit être réalisé avec précaution afin d’éviter la formation d’une trop grande quantité de particules fines dues à la fragilité du minerai. Une première concentration utilise des méthodes gravimétriques (milieu dense, spirales, tables à secousses…) suivie, en fonction de la nature du minerai d’une flottation ou d’une séparation magnétique.
La teneur du minerai marchand est comprise entre 62 et 72 % de WO3.

Les productions de concentrés de tungstène sont généralement exprimées en MTU (Metric Ton Unit) avec 1 MTU = 10 kg de WO3.

Productions minières

La production minière mondiale en 2022 s’élevait à 84 000 t de tungstène contenu, dont, en 2020, 2 370 t produites dans l’Union européenne.

Production minière de tungstène

En 2024, en tonnes de W contenu sur un total mondial de 81 000 t. Source : USGS

en t de tungstène contenu
Chine 67 000 Bolivie 1 600
Vietnam 3 400 Rwanda 1 200
Russie 2 000 Australie 1 000
Corée du Nord 1 700 Autriche 800

Source : USGS

  • En Chine, les gisements sont situés dans les provinces de Jiangxi, Hunan, Yunnan, Henan. En 2017, les quotas de production sont de 91 300 t de concentrés à 65 % de WO3 en provenance à 42 % du Jiangxi, 26 % du Hunan, 7 % du Yunnan, 6,5 % du Henan.
    95 % de la production chinoise est contrôlée par le groupe d’état MinMetals avec ses différentes filiales Jiangxi Tungsten Industry Group Co., Ltd. et Jiangxi Xianglushan Tungsten Co. qui exploite la mine de Xianglushan qui est la plus grande mine, au monde, de scheelite en activité.
  • Au Vietnam, le groupe Masan High-Tech Materials exploite depuis 2013 la mine à ciel ouvert de Nui Phao située à 80 km au nord de Hanoï. Les réserves prouvées et probables sont de 66 millions de t renfermant 0,18 % de WO3, 0,17 % de cuivre, 0,08 % de bismuth et 7,65 % de spath fluor. En 2021, la production a été de 19 997 t de tungstène contenu dans des concentrés. La production de spath fluor de qualité acide a été de 215 027 t, celle de cuivre de 9 208 t contenu dans des concentrés, celle de bismuth de 2 067 t. En 2016, les revenus proviennent à 59,1 % de la commercialisation de composés du tungstène, 20,6 % du spath fluor, 15,2 % de concentrés de cuivre, 5 % d’autres revenus, en particulier du bismuth. La transformation des concentrés en divers composés du tungstène était réalisée par une joint-venture détenue à 51 % par Masan Resources et 49 % par le groupe allemand HC. Starck. En août 2018, Masan Resources a acquis la participation de HC. Starck.
  • En Russie, la société Wolfram exploite dans la République de Kabardino-Balkarie, dans le sud-ouest du pays, la mine de scheelite de Tyrnyauz qui possède la moitié des réserves russes avec 25,6 millions de t renfermant 0,43 % de WO3. Les concentrés sont traités par hydrométallurgie à Nalchik, dans la République de Kabardino-Balkarie, avec une capacité de production de 6 000 t/an de WO3. Par ailleurs, Wolfram exploite dans l’extrême-orient, dans la région de Khabarovsk, les mines de wolframite de Primorsky et Lermontovsky avec une teneur de 0,83 % de WO3 en présence d’étain, de molybdène et d’or. La transformation des concentrés en métal est réalisée dans l’ouest du pays, à Unecha, dans la région de Bryansk, avec une capacité de production de 2 000 t/an de ferrotungstène, 1 000 t/an de poudre de tungstène, 800 t/an de carbure WC et 130 t/an de tungstène en barres.
    La mine de Novo-Orlovsky, en Transbaïkalie a produit, en 2016, 1 700 t de concentrés.
  • En Autriche, un minerai de scheelite est exploité souterrainement et concentré par flottation, à Mittersill, dans la province de Salzburg, par la société Wolfram Bergbau und Hütten, contrôlée depuis 2009 par le groupe suédois Sandvik. Les concentrés sont traités et le métal recyclé à St Martin im Sulmtal, en Styrie.
  • Au Portugal, la mine souterraine de Panasqueira est exploitée par la société Beralt Tin and Wolfram, filiale de la société canadienne Almonty Industries qui l’a acheté en janvier 2016 au groupe japonais Sojitz Corp. La capacité de production est de 1 500 t/an. Le gisement s’étend sur une longueur de 2 500 m, une largeur de 400 à 2 200 m et une épaisseur de 500 m. Le minerai de ferbérite, présent dans des veines de quartz, renferme de la cassitérite, de la chalcopyrite et de l’argent. En 2015, le traitement de 517 505 t de minerai a donné 597 t de WO3. Le minerai extrait a une teneur de 0,088 % de WO3 avec un taux de récupération de 80,2 %. Les réserves prouvées et probables sont de 1,951 million de t de minerai à 0,20 % de WO3. Le gisement est exploité depuis 1896. Entre 1947 et 2014, 31 millions de t de minerai ont donné 111 123 t de concentré de tungstène, 5 383 t de concentré d’étain à 72 % de Sn et 31 702 t de concentré de cuivre à 28 % de Cu.
  • En Espagne, la mine de scheelite, à ciel ouvert, de Los Santos, dans la province de Salamanque, est exploitée par Almonty Industries, avec, en 2016, l’extraction de 519 803 t de minerai renfermant 0,35 % de WO3, avec un taux de récupération de 60,2 % et une production de 931 t de WO3. Les réserves prouvées et probables sont de 3,582 millions de t de minerai renfermant 0,23 % de WO3.
    Fin 2018, a débuté la production de la mine de tungstène-étain, à ciel ouvert, de La Parrilla, en Extremadure, exploitée par la société britannique W Resources. Les réserves prouvées et probables sont de 29,7 millions de t de minerai renfermant 931 ppm de WO3 et 116 ppm de Sn. La production prévue est de 2 700 t/an de concentré renfermant de 66 à 68 % de WO3 et de 500 t/an de concentré d’étain à 52-55 % de Sn. En 2021, la production est de 278,82 t de WO3 renfermées dans des concentrés et 48,7 t de Sn dans des concentrés.
    En 2019, a commencé l’exploitation, à ciel ouvert, de la mine de Barruecopardo, dans la province de Salamanque. Détenue à 30 % par la société irlandaise Ormonde Mining et à 70 % par le fonds d’investissement Oaktree Capital. Les réserves prouvées et probables sont de 8,69 millions de t de minerai renfermant 0,30 % de WO3. Le production prévue est de 2 060 t/an de W. En 2020, Ormonde a vendu sa participation à Oaktree.
  • En Corée du Sud, la société Almonty développe le projet d’exploitation de la mine souterraine de Sangdong qui possède des réserves de 7,896 millions de t de minerai renfermant 0,45 % de WO3. La production prévue à compter de mi-2022 est de 6 400 t/an.

Commerce international de minerais et concentrés

Principaux pays exportateurs

Les principaux pays exportateurs, en 2023, sur un total de 22 413 t, sont les suivants :

en tonnes de produit
Corée du Nord 3 102 Russie 1 145
États-Unis 2 928 Australie 1 044
Espagne 2 867 Allemagne 804
Singapour 2 393 Pays Bas 713
Bolivie 1 906 Belgique 689

Source : ITC

Les exportations coréennes sont destinées totalement à la Chine.

Principaux pays importateurs

Les principaux pays importateurs, en 2023, sur un total de 19 911 t, sont les suivants :

en tonnes de produit
Vietnam 8 639 Émirats Arabes Unis 471
Chine 5 800 Taipei chinois 346
États-Unis 2 642 Inde 159
Malaisie 775 Japon 126
Pays Bas 560 Laos 73

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 53 % de Corée du Nord, 14 % de Russie, 7 % de Bolivie.

Réserves

  Elles s’élevaient dans le monde, en 2024, à plus de 4,6 millions de t de W contenu.

Réserves de tungstène

En 2024, en tonnes de W contenu sur un total mondial de plus de 4,6 millions de t. Source : USGS

en milliers de t de W contenu
Chine 2 400 Espagne 66
Russie 400 Corée du Nord 29
Canada, en 2022 240 Autriche 10
Vietnam 140 Portugal 3,4

Source : USGS

Les réserves chinoises sont situées principalement dans les provinces du Jiangxi, du Hunan et du Henan, celles du Jiangxi et du Hunan représentant une part de 66 % du total.

Initiatives visant à contrôler la production et l’origine des matières premières

Le tungstène, comme l’étain, le tantale et l’or est parfois exploité dans des zones de conflits et en particulier en République Démocratique du Congo par des groupes armés. Cette source de revenu a conduit, les Nations Unies, l’OCDE, le gouvernement des États-Unis et l’Union européenne à diverses initiatives destinées à tarir cette source de financement. Les Nations Unies incitent à la publication de statistiques de production et d’exportation, l’OCDE a publié un « Guide de diligence pour des chaînes d’approvisionnement responsables en minerais provenant de zones de conflit ou à haut risque », aux États-Unis, le « Dodd-Frank Wall Street reform and consumer protection act » vise à contrôler l’origine des matières premières. La réglementation européenne est parue au Journal Officiel de l’UE le 17 mai 2017, pour prendre effet le 1er janvier 2021 et ne concerne que les entreprises importantes qui importent un tonnage minimum.

Métallurgie

Ferrotungstène

Il renferme, en général, 80 % de W. Il est élaboré par réduction directe de concentrés de minerai au four électrique. Un four produisant 1,6 t de ferrotungstène consomme entre 7 500 et 8 500 kWh et 120 kg d’électrode de graphite. Aux États-Unis, le ferrotungstène est généralement obtenu par métallurgie des poudres à partir de W et Fe. Dans ce cas, le ferrotungstène contient entre 25 et 75 % de tungstène.

Il est utilisé pour fabriquer des aciers à outils et des aciers inoxydables réfractaires.

Poudre de tungstène

Les 2/3 des produits en tungstène sont élaborés à partir de poudre par frittage (selon les techniques de la métallurgie des poudres), le tungstène étant particulièrement réfractaire (le plus réfractaire des métaux avec une température de fusion de 3 410°C). La fabrication de la poudre a lieu en deux étapes :

Hydrométallurgie : les concentrés sont attaqués par lixiviation acide ou alcaline :

  • Acide : par HCl concentré à 90°C qui donne H2WO4 solide. Ce dernier est dissous dans NH3, la solution est purifiée (élimination de P, As, Fe) et par évaporation, on obtient le paratungstate d’ammonium (APT) : (NH4)10(H2W12O42),4H2O.
    Consommations, par kg de WO3 :
HCl à 32 % CaO NH3 NaOH CaCl2
2,5 kg 0,8 kg 0,17 kg 0,11 kg 0,07 kg

 

  • Alcaline : par NaOH ou par Na2CO3 en autoclave (200°C, 2 MPa, quelques heures). On obtient Na2WO4 en solution. Le procédé LIX permet l’extraction des ions isopolytungstates à l’aide d’amines (tricaprylamine). Le tungstène est extrait ensuite de la phase organique par NH3, puis cristallisé en APT.
    Consommations, par kg de WO3 :
Na2CO3 H2SO4 concentré NH3 Al2(SO4)3,18H2O Na2S Tricaprylamine
1,4 kg 1,4 kg 0,12 kg 0,08 kg 0,03 kg 0,009 kg

Réduction : calcination de l’APT qui donne de l’oxyde puis réduction par H2 à 700-900°C. La poudre obtenue de diamètre compris entre 0,3 et 10 µm a une pureté de 99,9 %.

Les principaux centres de traitement des minerais chinois sont situés à Ganzhou (Jiangxi), Zhuzhou (Hunan) et dans les provinces de Hanan et Guangxi. En Chine, en 2010, la production d’APT a été de 60 000 t pour une capacité de production de 190 000 t.

Recyclage

Concerne principalement le tungstène contenu dans les carbures cémentés. Le procédé au zinc consiste à traiter les carbures cémentés WC-Co par le zinc liquide à 950°C. La formation d’un alliage Co-Zn fait, par gonflement, éclater la structure frittée. Co et WC sont séparés, Zn distillé sous vide. En 2016, 35 % du tungstène consommé dans le monde provient du recyclage avec 37 500 t pour une production primaire de 71 000 t. Les chutes de fabrication représentent 8 500 t, les vieux déchets, 29 000 t.

Situation française

En 2023.

Minerai

Actuellement il n’y a plus d’extraction minière mais au cours du XXè siècle, 13 gisements ont été exploités avec une production totale de 25 771 t de WO3. Les plus importants étaient ceux de Salau (09), avec 12 415 t, Puy les Vignes (87), avec 3 970 t, Echassières (03), avec 3 900 t, Leucamp (15), avec 1 700 t, Enguialès (12), avec 1 300 t. La mine de Salau (09), en activité entre 1971 et 1986, était exploitée par la Société Minière d’Anglade (SMA).
Les ressources estimées ne sont pas négligeables avec un total de 83 122 t de WO3. Les principales sont situées à Fumade (81), avec 14 300 t, Coat-an-Noz (22), avec 11 000 t, Montredon-Luitré (35), avec 1 500 t.

En octobre 2016, a été accordé à la société Variscan un permis de recherche, contesté, de 42 km2 dans l’Ariège dans la zone d’exploitation de la mine de Salau. Le projet, dont le permis a été invalidé, était piloté par la filiale d’Apollo Minerals, Mines du Salat, sur la commune de Couflens. En 2024, un nouveau permis de recherches a été déposé par la société Neometal. Ces recherches se développent également de l’autre côté de la frontière espagnole avec le projet Aurenere, sur 55 km2, adjacent au projet Couflens.

Ferrotungstène

Il n’y a plus de production depuis 1986. Les usines de St Béron (Pechiney) et de St-Chély-d’Apcher (Creusot-Loire) ont fermé en 1985, n’étant pas concurrentielles face aux importations de ferrotungstène chinois. La production était de 196 t en 1984.

  • Les exportations de ferrotungstène et ferrosilicotungstène s’élevaient à 53 t destinées pour :
    • 36 % à l’Allemagne,
    • 24 % à l’Italie,
    • 18 à la Belgique,
    • 12 % à la Slovénie,
    • 4 % à l’Autriche.
  • Les importations de ferrotungstène et ferrosilicotungstène s’élevaient à 98 t en provenance à :
    • 35 % de Chine,
    • 28 % du Vietnam,
    • 22 % d’Allemagne

APT

Il n’y a plus de production depuis 1987.

  • Exportations de tungstates : 60 kg à destination à 38 % de l’Espagne, 33 % l’Allemagne, 13 % le Portugal.
  • Importations de tungstates : 443 t en provenance du Vietnam à 81 %, d’Allemagne à 14 %, de Chine à 5 %.

Poudre et carbure de tungstène

La production est de 200 t/an, par Eurotungstène à Grenoble (filiale d’Eramet vendue, en avril 2017, au groupe belge Umicore). 90 % du chiffre d’affaires est réalisé à l’exportation. C’est le seul producteur français. Il produit également de la poudre de carbure de tungstène et de la poudre de cobalt.

Poudre de tungstène
  • Les exportations s’élevaient à 113 t destinées pour :
    • 35 % à la Suisse,
    • 24 % au Royaume Uni,
    • 11 % à l’Italie,
    • 7 % à l’Allemagne.
  • Les importations s’élevaient à 255 t en provenance à :
    • 41 % de République tchèque,
    • 30 % d’Autriche,
    • 16 % d’Allemagne,
    • 9 % des États-Unis.
    • .
Carbure de tungstène
  • Les exportations de carbure de tungstène étaient de 193 t destinées pour :
    • 62 % à l’Allemagne,
    • 18 % à l’Italie,
    • 4 % à la Belgique,
    • 4 % à la Suisse.
  • Les importations de carbure de tungstène étaient de 789 t en provenance à :
    • 51 % d’Autriche,
    • 20 % d’Allemagne,
    • 11 % de Chine,
    • 11 % de République tchèque.

Utilisations

Consommations

En 2020, la consommation mondiale de tungstène primaire s’est élevée à 91 500 t dont 9 900 t aux États-Unis.

Secteurs d’utilisation

Les principaux secteurs utilisateurs sont les suivants :

Monde,
en 2016
Chine,
en 2015
Europe,
en 2015
Carbures cémentés 65 % 48 % 65 %
Aciers, Superalliage 17 % 25 % 12 %
Demi-produits 10 % 20 % 10 %
Autres (chimie…) 8 % 7 % 13 %

Sources : ITIA et Argus

Utilisations diverses

Le tungstène est utilisé sous différentes formes :

  • Carbure de tungstène (WC), utilisé à 55 % comme plaquettes d’outils de coupe, à 20 % dans les trépans de forage, à 15 % les matériaux d’usure.
    Principe de la fabrication des carbures cémentés : la poudre de tungstène est portée à 1 500°C en présence de noir de fumée. WC ainsi obtenu est broyé (1 à 5 µm) en présence de poudre de cobalt et éventuellement d’ajouts de carbures de titane et de tantale. La poudre d’alliage est pressée puis frittée sous vide à 1400°C. On obtient ainsi un composite, formé d’une phase très dure (WC) noyée dans une phase liante, ductile, le cobalt. Exemples de composition :

    • WC : 88 %, Co : 12 %.
    • WC : 71 %, Co : 9 %, TiC et TaC : 20 %.
  • Fabrication d’aciers à l’aide de ferrotungstène contenant de 75 à 80 % de W.
    • Aciers d’usinage à froid qui contiennent de 2 à 10 % de W.
    • Aciers à coupe rapide qui renferment jusqu’à 18 % de W.
    • Aciers à aimant qui contiennent de 5 à 8 % de W.
  • Demi-produits en tungstène :
    • Filaments de lampes à incandescence et halogènes et électrodes de lampes fluorescentes.
    • Des alliages avec le rhénium (3 et 25 %) sont utilisés pour élaborer des thermocouples pour hautes températures (jusqu’à 2 600°C), avec le fer (1 à 3 % de Fe) afin d’obtenir de fortes masses volumiques (rotors de gyroscope), avec Fe et Ni dans des flèches anti-tanks, avec Cu (1 à 4 %) dans des contacts électriques.
    • Superalliages : ils renferment de 5 à 7 % de tungstène.
    • Les anticathodes d’appareils de radiographie X sont en tungstène, de même des éléments de chauffage de fours.
    • Le tungstène remplace de plus en plus le plomb utilisé comme munition de chasse et « plomb » de pêche.
  • Composés de tungstène :
    • Bronzes de tungstène (NaxWO3 avec x < 1) utilisés comme pigments de verres, de céramiques (x = 1, jaune, x = 0,6, rouge, x = 0,3, bleu).
    • Sulfure de tungstène (WS2) : lubrifiant employé, par exemple, comme revêtement de lames de rasoir.
    • Le métatungstate d’ammonium est utilisé comme précurseur d’oxyde de tungstène utilisé comme catalyseur dans les opérations d’hydrocraquage, hydrodésulfuration, hydrodénitrogénation, hydrodéaromatisation, dans l’industrie pétrolière ainsi que dans le vaporéformage du gaz naturel.

Bibliographie

Archives

Tungstène 2023

Tungstène 2022

Tungstène 2019

Tungstène 2015

Tungstène 2013

Tungstène 2010

Tungstène 1991

 

Molybdène

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
42 95,95 g.mol-1 [Kr] 4d5 5s1 cubique centrée de paramètre a = 0,3147 nm 140,0 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
10,2 g.cm-3 5,5 2 617°C 4 612°C 18,7.106 S.m-1 138 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité
de Pauling
pKa :
H2Mo4O13
/HMo4O13
pKa :
HMo4O13
/Mo4O132-
pKa :
H6Mo7O24
/H5Mo7O24
pKa :
H5Mo7O24
/H4Mo7O242-
2,16 1,4 1,5 3,7 4,3

Potentiels standards :

Mo3+ + 3e = Mo(s) E° = -0,2 V
MoV + 2e = MoIII E° = -0,2 V
MoIV + e = MoIII E° = 0,1 V
MoO42- + 4H2O + 6e = Mo(s) + 8OH E° = 0,48  V
MoO22+ + 2H+ + e = MoO3+ + H2O E° = 0,48 V
H2MoO4(aq) + 2H+ + e = MoO2+ + 2H2O E° = 0,4 V
H2MoO4(aq) + 6H+ + 6e = Mo(s) + 4H2O E° = 0,0 V

Données thermodynamiques

Molybdène cristallisé

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 28,7 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 24,1 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 27 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 594 kJ.mol-1
Molybdène gazeux

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 658,4 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 612,8 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 181,9 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 en molybdène (Mo) de l’écorce terrestre est de 1,2 ppm.

Le molybdène, dans ses gisements, se présente généralement sous forme de sulfure, la molybdénite, MoS2, souvent associé au cuivre et parfois, en Chine, au tungstène. Il est présent dans des veines de quartz. Du rhénium, accompagne le molybdène dans ses minerais. Il est, en général, récupéré car c’est la principale source de ce métal.

Productions minières

Le sulfure de molybdène est extrait soit de mines de molybdène, particulièrement aux États-Unis et en Chine pour environ 28 % de la production mondiale, soit est coproduit dans des mines de cuivre, par exemple, aux États-Unis, au Chili, au Pérou…, pour 72 % de la production mondiale. La teneur des mines de molybdène (Mo) est comprise entre 0,1 et 0,3 % de Mo, celle des mines de cuivre coproduisant du molybdène comprise entre 0,02 et 0,2 % de Mo.

Les exploitations minières sont le plus souvent à ciel ouvert. Les minerais extraits sont broyés puis concentrés par flottation différentielle dans des installations proches de la mine qui donnent des concentrés de molybdénite contenant de 85 à 92 % de MoS2. Lorsque la molybdénite est coproduite de mines de cuivre, le concentré peut contenir du rhénium (Re) à des teneurs inférieures à 0,1 % de Re.

Production minière de molybdène

En 2023, en milliers de t de molybdène contenu, sur un total mondial de 277 200 t. Source : Cochilco


en t de Mo contenu
Chine 90 000 Arménie 11 900
États-Unis 52 000 Russie 10 800
Chili 44 100 Iran 5 800
Pérou 33 500 Japon 4 400
Mexique 16 500 Kazakhstan 3 800

Sources : Cochilco

En 2023, la production mondiale est de 277 200 t.

Parmi les principaux pays producteurs on trouve les principaux producteurs de cuivre qui coproduisent du molybdène. Le cas de la Chine est particulier car elle coproduit du molybdène avec du tungstène mais aussi c’est le seul pays à exploiter souterrainement des shales noirs de molybdène et nickel contenant en moyenne 5,5 % de Mo et 3,5 % de Ni. En Chine, les mines de molybdène sont situées dans les provinces du Henan, du Shaanxi, de Mongolie Intérieure, du Hebei…

La production chilienne est réalisée, en 2023 à :

  • 39,1 % par Codelco, voir ci-dessous,
  • 18,5 % par la mine de Los Pelambres contrôlée à 60 % par Antofagasta et 40 % par des interêts japonais dont Mitsubishi, voir ci-dessous,
  • 10,5 % par la mine de Caserones détenue par le groupe japonais JX Nippon Mining & Metals,
  • 10,3 % par la mine de Collahuasi contrôlée à 44 % par Anglo American, 44 % par Glencore et 12 % par des intérêts japonais,
  • 6,8 % par la mine de Sierra Gorda contrôlée à 55 % par KGHM et à 45 % par Sumitomo,
  • 6,6 % par la mine de Centinela contrôlée à 70 % par Antofagasta et à 30 % par le groupe japonais Marubeni,
  • 4,3 % par Anglo American Sur, avec les mines de Los Bronces et El Soldado, contrôlée à 50,1 % par Anglo American, 20,4 % par Mitsubishi, 20 % par Codelco et 9,5 % par Mitsui,
  • 2,8 % par la mine de Spence, contrôlée par BHP Billiton.
  • 1,2 % par Valle Central, contrôlée par Amerigo Resources, qui exploite les rejets récents et historiques de la mine souterraine d’El Teniente.

Aux États-Unis, avec une capacité de production de 85 900 t/an, il y a 2 mines primaires d’extraction de molybdène, dans le Colorado et 7 mines de cuivre coproductrices de molybdène, 4 dans l’Arizona et une dans chacun des États suivants : Montana, Nevada et Utah. En 2022, la coproduction des mines de cuivre des États-Unis représentait 67 % de la production totale du pays. A côté des mines exploitées par Freeport McMoRan Copper & Gold (FCX) et Rio Tinto, voir ci-dessous, les autres mines en activité sont les suivantes :

  • Pinto Valley, à ciel ouvert, près de Miami, dans l’Arizona, acquise en octobre 2013 auprès de BHP par Capstone avec, en 2023, une production de 55 090 t de Cu ainsi que des concentrés de molybdène et des réserves prouvées et probables de 336 millions de t d’un minerai titrant 0,32 % de Cu et 0,007 % de Mo.
  • Robinson, à ciel ouvert, dans le comté de White Pine, dans le Nevada, exploitée par KGHM, avec, en 2023, une production de 31 500 t de Cu, 0,67 t de métaux précieux et, en 2020, 181 t de Mo.
  • Continental Pit, à ciel ouvert, à Butte, dans le Montana, exploitée par Montana Resources.

Réserves minières

Les réserves minière mondiales représentaient, en 2024, 15 millions de t.

en milliers de t
Chine 5 900 Australie 690
États-Unis 3 500 Arménie 150
Pérou 1 900 Mexique 130
Chili 1 400 Argentine 100
Russie 1 100 Canada 64

Source : USGS

Producteurs miniers

Les principaux producteurs sont :

  • Freeport McMoRan Copper & Gold (FCX), a produit, en 2023, 32 660 t de molybdène avec 2 mines de molybdène aux États-Unis, dans le Colorado, Climax et Henderson :
    • La mine Climax a commencé à produire, à ciel ouvert, en mai 2012, avec une production en 2023, de 7 710 t de Mo et des réserves prouvées et probables, fin 2023, de 149 millions de t de minerai renfermant 0,15 % de Mo, avec un taux de récupération de 88,8 %.
    • La mine souterraine d’Henderson a produit 5 900 t de Mo, avec des réserves prouvées et probables de 48 millions de t de minerai à 0,16 % de Mo et un taux de récupération de 87,7 %.

    ainsi que 3 mines de cuivre, à ciel ouvert, donnant une coproduction de molybdène, aux États-Unis, dans l’Arizona :

    • Sierrita, avec 7 711 t de Mo et 83 900 t de Cu et des réserves de 2,38 milliards de t à 0,23 % de Cu, 1,08 g/t de Ag et à 0,02 % de Mo récupéré à 77,7 %.
    • Bagdad, avec 4 082 t de Mo et 66 200 t de Cu et des réserves de 2,45 milliards de t à 0,35 % de Cu, 1,43 g/t de Ag et à 0,02 % de Mo récupéré à 77,0 %.
    • Morenci, détenue à 72 %, avec une part de 1 306 t de Mo et 187 800 t de Cu et des réserves de 922 millions de t à 0,31 % de Cu et à 0,02 % de Mo récupéré à 43,7 %.

et une mine au Pérou :

Cerro Verde, détenue à 53,56 %, avec une part de 5 440 t de Mo et 239 300 t de Cu et des réserves prouvées et probables de 4 milliards de t de minerai renfermant 0,35 % de Cu avec un taux de récupération de 86,0 %, 0,01 % de Mo avec un taux de récupération de 54,4 % et 1,84 g/t de Ag avec un taux de récupération de 44,9 %.

Au total, fin 2023, les réserves prouvées et probables du groupe sont de 1,370 million de t de molybdène constituées à 19 % par les mines Climax et Henderson, 70 % par les mines de cuivre des États-Unis et 12 % par la mine de Cerro Verde.

Les revenus de Freeport proviennent, en 2023, à 75 % du cuivre, 15 % de l’or et 8 % du molybdène. La production de molybdène provient, en 2023, à 42 % des mines Climax et Henderson, 42 % des mines de cuivre des États-Unis et 17 % de la mine de Cerro Verde.

  • Grupo Mexico, a produit dans ses mines de cuivre, au travers de sa filiale Southern Copper Corporation, détenue à 88,9 %, en 2023, 26 836 t de molybdène et 1,030 million de t de Cu dont :
    • au Mexique, dans l’État de Sonora,
      • 11 367 t de Mo et 110 809 t de Cu, à La Caridad avec des réserves prouvées et probables de 2,2 milliards de t de minerai renfermant 0,21 % de Cu et 0,028 % de Mo.
      • 5 415 t de Mo et 416 514 t de Cu, à Buenavista avec des réserves de 2 milliards de t à 0,41 % de Cu et 0,007 % de Mo.
    • au Pérou,
      • 6 312 t de Mo et 199 659 t de Cu, à Toquepala avec des réserves de 2,1 milliards de t de minerai à 0,47 % de Cu et 0,021 % de Mo.
      • 3 743 t de Mo et 149 230 t de Cu, à Cuajone avec des réserves de 1,3 milliard de t de minerai à 0,48 % de Cu et 0,017 % de Mo.
  • Codelco, au Chili, a produit dans ses mines de cuivre, en 2023, un total de 16 300 t de molybdène, 1,424 million de t de cuivre, 616 t d’argent, 2,65 t d’or dont :
    • 10 869 t de Mo, 563 300 t de Cu, 253 t de Ag et 1,024 t de Au à Chuquicamata et Radomiro Tomic,
    • 4 673 t de Mo, 351 874 t de Cu, 85 t de Ag et 671 kg de Au à El Teniente,
    • 1 712 t de Mo, 164 545 t de Cu et 50 t de Ag à Andina,
  • Jinduicheng Molybdenum, est le principal producteur chinois avec l’exploitation des mines de molybdène à ciel ouvert de Jinduicheng et de Ruyang Donggou, dans le Shaanxi.
  • China Molybdenum Co., en Chine, a produit, en 2023, 15 635 t de molybdène et 7 975 t de tungstène, dans trois mines :
    • la mine de molybdène et tungstène de Sandaozhuang, dans le Henan qui possède 220 millions de t de réserves prouvées et probables renfermant 0,105 % de Mo et 0,123 % de WO3,
    • la mine de Shangfanggou, également dans le Henan, exploitée par la joint venture Luoyang Fuchuan qui possède des réserves prouvées et probables de 33 millions de t renfermant 0,191 % de Mo,
    • la mine de Hami, dans le Xinjiang, exploitée par la joint venture Xinjiang Luoma, qui possède 142 millions de t de réserves prouvées et probables contenant 0,139 % de Mo.
  • Le groupe Antofagasta, a produit, en 2023, au Chili, 11 000 t de Mo, 542 300 t de Cu (660 600 t en ajoutant les production des mines de Antucoya et Zaldivar qui ne produisent pas de molybdène) et 6,5 t d’or, en exploitant les mines :
    • de Los Pelambres, détenue à 60 % avec une production de 8 100 t de Mo, 300 300 t de Cu et 1,35 t de Au. Les réserves prouvées et probables sont de 849 millions de t renfermant 0,58 % de Cu, 0,02 % de Mo et 0,05 g/t d’or.
    • de Centinela, détenue à 70 %, avec une production de 2 900 t de Mo, 242 000 t de Cu, et 5,16 t de Au. Les réserves sont de 1 706 millions de t de minerai renfermant 0,40 % de Cu, 0,012 % de Mo et 0,13 g/t de Au.
  • Rio Tinto, à travers sa filiale Kennecott Utah Copper, exploite la mine à ciel ouvert de cuivre de Bingham Canyon, dans l’Utah, près de Salt Lake City, aux États-Unis, avec une production, en 2023, de 1 800 t de Mo, 151 600 t de cuivre, 50,3 t d’argent et 3,26 t d’or. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2023, de 834 millions de t de minerai contenant 0,033 % de Mo, 0,38 % de Cu, 2,06 g/t de Ag  et 0,19 g/t d’or.
  • Yichun Luming, filiale du groupe China Railway exploite la mine de Luming, à Yichun, dans la province d’Heilongjiang. En 2022, la production est de 15 000 t de molybdène et 1 000 t de cuivre.

Commerce international

En 2023, les principaux pays exportateurs de concentrés ou de concentrés grillés sont, sur un total de 334 189 t de produit, dont 172 849 t de minerais non grillés et 161 340 t de minerais grillés :

en tonnes de produit
Chili 86 438 Belgique 16 871
Pérou 64 044 Arménie 11 185
États-Unis 49 618 Kazakhstan 7 254
Pays Bas 26 961 Thaïlande 7  193
Chine 21 520 Malaisie 7 165

Source : ITC

Les exportations du Chili sont principalement destinées pour 24 % au Japon, 16 % à la Corée du Sud, 14 % à la Chine, 11 % aux Pays Bas, 11 % au Brésil.

Les principaux pays importateurs de concentrés ou de concentrés grillés sont sur un total de 357 941 t les suivants :

en tonnes de produit
Chine 50 691 Japon 31 316
Corée du Sud 43 840 Chili 29 704
Pays Bas 37 760 Brésil 20  203
États-Unis 32 302 Royaume Uni 14 818
Belgique 32 017 Thaïlande 13 027

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent principalement à 30 % du Pérou, 26 % du Chili, 10 % de Mongolie.

Métallurgie

Les concentrés miniers de molybdénite (MoS2) peuvent être purifiés pour donner du sulfure de molybdène utilisé comme additif lubrifiant dans des huiles et graisses.

Mais la plus grande partie des concentrés miniers subit d’abord un grillage, à l’air, entre 500 et 650°C selon la réaction :

2 MoS2 + 7 O2 = 2 MoO3 + 4 SO2

On obtient de l’oxyde de molybdène (MoO3) de qualité technique contenant au moins 57 % de Mo avec moins de 0,1 % de soufre, le dioxyde de soufre est récupéré pour produire de l’acide sulfurique. Dans les fumées issues du grillage, le rhénium, sous forme d’oxyde (Re2O7) est récupéré. L’oxyde technique peut être employé directement dans la fabrication de fonte.

L’oxyde technique est ensuite soit sublimé vers 1 100°C pour donner de l’oxyde purifié, soit dissous dans l’ammoniac ou l’hydroxyde de sodium pour donner du molybdate d’ammonium ou de sodium selon, avec l’ammoniac, la réaction suivante :

MoO3 + 2 NH3 + H2O = (NH4)2MoO4

Les ions cuivriques, principales impuretés, sont précipités à l’aide de sulfure d’hydrogène et filtrés ou extraits par solvant spécifique avant cristallisation du molybdate. Du trioxyde purifié peut aussi être obtenu par calcination du molybdate d’ammonium.

Le ferromolybdène, généralement à 60 % de Mo, est obtenu par aluminothermie de l’oxyde, en présence d’oxyde de fer. De 30 à 40 % de la production d’oxyde technique est destinée à celle de ferromolybdène.

Le molybdène métal est obtenu par réduction du trioxyde par le dihydrogène, en 2 étapes. La première étape réalisée entre 450 et 650°C, donne du dioxyde qui, dans une seconde étape, est réduit, entre 1 000 et 1 100°C, en métal. On obtient une poudre qui est ensuite frittée, à 2 100°C, sous dihydrogène, pour obtenir le métal massif.

Principaux producteurs

Les principaux producteurs de produits de molybdène sont :

  • Molymet, société chilienne, est le principal producteur mondial de produits issus de la métallurgie du molybdène, avec des usines :
    • au Chili, à Nos, au sud de Santiago, avec 37 200 t/an et Mejillones avec 27 000 t/an,
    • au Mexique, à Cumpas, dans l’État de Sonora, avec 12 700 t/an,
    • en Belgique, à Gand avec 15 900 t/an,
    • en Allemagne, à Bitterfeld, avec 1 700 t/an de métal,
    • en Chine, en joint venture détenue à 49,75 % en association avec China Molybdenum Co., à Luoyang.

En 2020, les capacités de production d’oxyde de molybdène étaient de 94 000 t/an dont 2 300 t/an de métal en Allemagne et en Chine, soit environ 35 % des capacités mondiales et les ventes sont, en 2020, de 76 200 t de molybdène contenu dans les produits, soit, en 2018, 16 780 t de ferromolybdène et 645 t de métal. Par ailleurs Molymet détient 70 % des capacités mondiales de production de rhénium.

  • Molyb, filiale de Codelco, a construit, à Mejillones, au Chili, une usine de transformation des concentrés de molybdène avec une capacité de production de 17 000 t/an de trioxyde de molybdène et la récupération du rhénium contenu. La production a débuté en septembre 2016.
  • Climax Molybdenum, filiale de Freeport McMoRan Copper & Gold, produit de l’oxyde technique, par grillage, à Sierrita, dans l’Arizona, Fort Madison, dans l’Iowa et à Rotterdam, aux Pays Bas, du ferromolybdène à Stowmarket, au Royaume Uni, et des composés chimiques de molybdène, à Fort Madison et Rotterdam.
  • China Molybdenum Co., en Chine, transforme principalement le molybdène extrait des mines exploitées, en ferromolybdène destiné à la sidérurgie chinoise.
  • Jinduicheng Molybdenum, en Chine, possède une capacité de production de 32 000 t/an de ferromolybdène, 16 500 t/an de molybdate d’ammonium, 4 200 t/an de poudre de molybdène, 900 t/an de molybdène massif.
  • Thompson Creek Metals Company, acquis, en 2016, par Centerra Gold, transforme des concentrés miniers dans ses installations métallurgiques de Langeloth, en Pennsylvanie, pour produire, de l’oxyde technique et de l’oxyde purifié par sublimation, ainsi que du ferromolybdène. Les capacités de production d’oxyde technique sont de 16 000 t/an, celles de ferromolybdène de 4 330 t/an, celles d’oxyde purifié de 1 370 t/an et celles de rhénium de 2 740 t/an. En 2022, les ventes ont porté sur 6 100 t de concentrés grillés.

Recyclage

Il concerne environ 30 % de la consommation. Le molybdène sans être séparé est recyclé lors du recyclage des aciers ou des superalliages le renfermant.

Situation française

Pas de production primaire. Il y a eu une faible production, entre 1942 et 1944, à Château-Lambert (70), de 6 000 t de minerai, titrant 0,37 % de Mo.
Des gisements existent, non économiquement exploitables, dans le massif armoricain, à Beauvin (61) avec 42 000 t de ressources à 0,02 % et à La Rousselière (44), dans le massif central, à Neuf-Jours (19) et en Alsace, à Breitenbach (67).

Exportations

Les exportations françaises portent, en 2023, sur les produits suivants :

  • Concentrés grillés et non grillés : 639 t vers l’Inde à 45 %, le Vietnam à 31 %, la Belgique à 14 %, l’Allemagne à 6 %.
  • Oxydes et hydroxydes : 472 t vers la République tchèque à 91 %, l’Allemagne à 3 %.
  • Ferromolybdène : 1 800 t vers la Belgique à 35 %, la Finlande à 16 %, la Suède à 15 %, l’Allemagne à 9 %, l’Italie à 9 %.
  • Métal massif : 10,3 t vers l’Italie à 34 %, l’Allemagne à 27 %, l’Espagne à 15 %, la Hongrie à 13 %, la Slovénie à 10 %.
  • Déchets et débris : 867 t vers l’Allemagne à 54 %, l’Autriche à 16 %, la Belgique à 14 %.

Importations

Les importations françaises portent, en 2023, sur les produits suivants :

  • Concentrés grillés et non grillés : 1 302 t des Pays Bas à 45 %, du Brésil à 29 %, de Belgique à 15 %.
  • Oxydes et hydroxydes : 1 425 t des Pays Bas à 76 %, du Chili à 17 %, de Chine à 4 %.
  • Ferromolybdène : 2 196 t du Royaume Uni à 43 %, de Corée du Sud à 17 %, de Belgique à 16 %, d’Arménie à 5 %.
  • Métal massif : 262 t d’Allemagne à 48 %, de Chine à 22 %, d’Estonie à 14 %, d’Ouzbékistan à 6 %.
  • Déchets et débris : 4 641 t d’Allemagne à 79 %, de Chine à 9 %, du Royaume Uni à 5 %.

Utilisations

Consommations

En 2023, la consommation mondiale était de 285 760 t répartie, en 2022, entre :

  • la Chine : 121 973 t,
  • l’Europe : 56 337 t,
  • les États-Unis : 27 806 t,
  • le Japon : 23 088 t.

Secteurs d’utilisation du molybdène

En 2023, dans le monde, hors recyclage. Source : IMOA

Aciers de construction 38 % Aciers trempés et rapides 8 %
Aciers inoxydables 25 % Métal 5 %
Chimie 13 % Superalliages et alliages de nickel 3 %
Fonderie 8 %
Source : IMOA

La principale utilisation du molybdène, à près de 80 %, est pour renforcer la résistance mécanique des aciers, à haute température, en formant des carbures durs et stables, et leur résistance à la corrosion. Il entre à des teneurs comprises entre 0,1 et quelques % dans la plupart des aciers alliés, à 10 % dans les aciers rapides, à 2 à 7 % dans les aciers inoxydables standards et jusqu’à 16 % pour des aciers inoxydables spéciaux.

Dans les aciers inoxydables, le molybdène renforce la protection contre la corrosion apportée par le chrome. Il entre dans la composition des aciers inoxydables utilisés en milieu marin, pour la vinification et le stockage de vins blancs, le milieu étant rendu corrosif par la présence de dioxyde de soufre. Dans ce dernier cas la nuance utilisée est : AISI 316L (CrNiMo 17-12).

Le molybdène métallique possède d’excellentes propriétés à haute température, mais la formation d’oxyde volatil dès 600°C, limite son utilisation à des milieux réducteurs, sous vide ou à l’abri de l’air. Il est employé, par exemple, comme électrodes de maintien en température de fours verriers. Pour améliorer sa résistance à l’oxydation à chaud, il peut être revêtu de disiliciure de molybdène (MoSi2). Par ailleurs, sa grande conductibilité thermique et électrique le fait utiliser dans des composants électroniques, en microélectronique, dans des cellules photovoltaïques, comme électrode arrière, sous forme de couche mince de 500 à 1000 nm d’épaisseur.

En chimie, les composés du molybdène sont utilisés comme catalyseurs, en association avec le nickel et le cobalt, dans l’hydrodésulfuration des pétroles, sous forme de molybdate de fer dans l’oxydation sélective du méthanol en formaldéhyde, sous forme de molybdate de bismuth dans l’oxydation du propène en acroléine et acrylonitrile.
Le molybdate de sodium est utilisé comme inhibiteur de corrosion de l’acier, de l’aluminium, du cuivre. Comme pigment, sous forme de molybdates de zinc, de calcium, de strontium, il remplace des chromates, toxiques, dans des peintures, matières plastiques, caoutchoucs, céramiques.
Sous forme de disulfure il est utilisé comme additif lubrifiant d’huiles et graisses. Sous forme de complexes (dithiophosphates et dithiocarbamates) solubles dans les huiles, qui se décomposent en disulfure sur des surface métalliques chaudes, il donne des films protecteurs lubrifiants.
Sous forme de trioxyde ou de molybdate d’ammonium, il est employé pour empêcher la formation de fumées lors d’incendie de polymères, en donnant, à chaud, du dioxyde de molybdène, non volatil.

Utilisations diverses

Le molybdène est utilisé, comme anode tournante pour appareils de radiographie et tomographie aux rayons X, comme résistance de chauffage de fours électriques à haute température, sous forme de disiliciure de molybdène.

Le 99Mo est le précurseur du 99Tc, utilisé en imagerie nucléaire. Le 99Mo est produit par fission de l’uranium 235 dans un réacteur nucléaire de recherche.

Bibliographie

Archives

Molybdène 2023

Molybdène 2022

Molybdène 2019

Molybdène 2014

Molybdène 2012

 

Chrome

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
24 52,00 g.mol-1 [Ar] 3d5 4s1 cubique centrée de paramètre a = 0,288 nm 136,0 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 7,5 1 857°C 2 672°C 7,74.106 S.m-1 93,7 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité
de Pauling
pKa :
HCrO4/CrO42-aq
pKa :
Craq3+/CrOH2+aq
pKa : HCr2O7/Cr2O72- pKs : Cr(OH)2 pKs : Cr(OH)3
1,66 6,5 3,9 0 17,0 30


Potentiels standards :

Cr3+ + e = Cr2+ E°= -0,41 V
Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O E° = 1,33 V
HCrO4 + 7H+ + 3e = Cr3+ + 4H2O E° = 1,20 V
CrO42- + 4H2O + 3e = Cr(OH)3(s) + 5OH E° = -0,13 V
Cr3+ + 3e = Cr(s) E°= -0,74 V
Cr2+ + 2e = Cr(s) E°= -0,86 V

Données thermodynamiques

Chrome cristallisé

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 23,8 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 23,4 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 : 340,1 kJ.mol-1
Chrome gazeux

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 396,8  kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 352,0 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 174,5 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 400 ppm.

Minerai

La chromite, FeCr2O4, qui possède une structure spinelle (MgAl2O4) dans laquelle les ions Mg2+ sont partiellement substitués par des ions Fe2+ et les ions Al3+ partiellement substitués par des ions Fe3+ et Cr3+ pour donner une formule du type : (Mg2+,Fe2+)(Al3+,Fe3+,Cr3+)2O4.

  • Les minerais riches, contenant de 48 à 55 % de Cr2O3, avec un rapport Cr/Fe > 3, sont destinés à la fabrication des ferrochromes. Ils sont extraits particulièrement au Kazakhstan, en Turquie, Russie et Albanie. Ces gisements, podiformes, se présentent sous forme de lentilles de minerai. Ils sont exploités d’abord à ciel ouvert puis souterrainement lors de l’avancement de l’extraction.
  • Les minerais pauvres, contenant environ 30 % de Cr2O3, avec un rapport Cr/Fe  d’environ 1,6, initialement utilisés comme matériaux réfractaires sont, depuis l’introduction du procédé AOD d’élaboration des aciers inoxydables, également employés pour élaborer des ferrochromes à basse teneur en Cr (50-55 % de Cr et 6-8 % de C) appelés charge-chrome. Ces gisements se présentent sous forme de couches successives et sont appelés stratiformes. Ils sont exploités particulièrement en Afrique du Sud, en Inde, au Zimbabwe, en Finlande et au Brésil.

Les minerais sont enrichis, en général, par gravimétrie à l’aide de spirales ou de tables à secousses.

Le gisement du Bushveld

En Afrique du Sud, le gisement géant stratiforme du Bushveld s’étend sur 66 000 km2. Il est formé de couches peu épaisses, de moins de 1,5 m de minerai sur une épaisseur totale de 5 000 m et constitue, avec 3,1 milliards de t de minerai, les réserves les plus importantes au monde. Le Complexe du Bushveld est constitué de 3 lobes (ouest, nord et est) d’où provient toute la production minière de chrome, vanadium et platinoïdes d’Afrique du Sud. Le lobe ouest, le plus important, est situé au nord-ouest de Pretoria. L’une des couches de chromite, dénommée UG2 a la particularité d’être riche en platinoïdes. En conséquence elle est exploitée pour produire ces derniers, la chromite constituant un co-produit récupéré lors d’opérations de flottation qui séparent les platinoïdes, associés à des sulfures, de la chromite constituant la gangue (voir le chapitre platinoïdes). En 2023, la coproduction de chromite dans la couche UG2 représente 44 % de la production sud-africaine.

Carte du complexe du Bushveld publiée sur le site du Lycée de Bois d’Olive à La Réunion que nous remercions.

Production minière

Production de chromite

En 2024, en milliers de t, sur un total mondial de 47 millions de t. Source : USGS

en milliers de t de chromite
Afrique du Sud 21 000
Finlande 1 900
Turquie 8 000
Brésil 1 400
Kazakhstan 6 500
Zimbabwe 1 100
Inde 4 100

Source : USGS

En 2023, la production de l’Union européenne, en Finlande, était de 2 millions de t.

Les ressources en chromite de la Chine sont très faibles, avec en 2019, une production de 30 000 t.

Producteurs

En Afrique du Sud, toutes les sociétés minières exploitent le Complexe du Bushveld dans des mines ou récupèrent la chromite présente dans les terrils résultant de l’extraction des platinoïdes de la couche UG2. On estime, en 2017, qu’un quart de la production d’Afrique du Sud provient de l’exploitation de ces terrils.

  • En Afrique du Sud :
    • Glencore possède 79,5 % de Glencore-Merafe Chromium Venture avec, en 2022, une production totale de chromite, de 3,588 millions de t. Les mines sont situées :
      • dans le lobe ouest du complexe du Bushveld, près de Rustenburg, pour celles de Waterval avec une capacité de production de 240 000 t/an de chromite et Kroondal, avec une capacité de 967 000 t/an ainsi que celles de Marikana, Klipfontein et Boshoek. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2023, de 10,50 millions de t de minerai renfermant 29,5 % de Cr2O3.
      • dans le lobe est du complexe du Bushveld, près de Steelpoort, pour les mines de Thorncliffe avec une capacité de 871 000 t/an, Helena avec une capacité de 814 000 t/an et Magareng avec 731 000 t/an. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2023, de 27,51 millions de t de minerai contenant 34 % de Cr2O3
    • Samancor possède des mines dans 2 régions : Ouest (Rustenburg) et Est (Lydenburg), avec une production de 4 millions de t/an de minerai dont 70 % alimente les usines de ferrochrome de la société situées à Middelburg, Emalahleni, Steelpoort et Mooinooi. Le reste, environ 1 million de t/an, est exporté. Les mines de l’ouest sont souterraines avec Mooinooi et Millsell, celles de l’est sont souterraines (3) ou à ciel ouvert avec Doornbosch, Lannex, Tweefontein, Steelport. Le 1er novembre 2019, a repris les activités de Hernic Ferrochrome, qui était détenu à 50,975 % par Mitsubischi (Japon) et exploitait, dans le lobe ouest, les mines de Morula (souterraine) et Bokone (souterraine et à ciel ouvert) et produisait 1,5 million de t/an.
    • Assore exploite la mine souterraine de Dwarsrivier, avec, en 2019-20, une production de 1,551 million de t. Les réserves prouvées et probables sont de 58,89 millions de t de minerai renfermant 32,82 % de Cr2O3.
    • African Rainbow Minerals, coproduit de la chromite lors de l’extraction de platinoïdes avec, en 2023-24, en propre, 79 000 t de concentré de chromite vendues et 4,9 t de platinoïdes produites, pour la mine de Two Rivers détenue à 54 % en association avec Impala Platinium et 37 700 t de concentrés de chromite venduesbet 3,7 t de platinoïdes produites pour la mine de Modikwa détenue à 41,5 % en association avec Anglo American avec 50 %. En février 2021, la mine de Nkomati a cessé de produire.
    • Le groupe finlandais Afarak, exploite les mines de Vlakpoort, Mecklenburg et Stellite. En 2023, la production a été de 270 946 t de chromite. Les réserves prouvées et probables sont de 21,735 millions de t renfermant 35,32 % de Cr2O3.
  • Au Kazakhstan :
    • la production est assurée, en partie, par Kazchrome, avec une production, en 2023, de 5,194 millions de t de chromite avec la mine de Donskoy,
    • ainsi que par le groupe turc Yildirim, avec la mine souterraine de Voskhod, près de Chromtau, dans la région d’Aktobe, avec une capacité de production de 1,3 million de t/an et des réserves de 20 millions de t de minerai, le minerai approvisionnant l’usine russe de production de ferrochrome de Tikhvin, à 200 km au sud-est de Saint-Pétersbourg. En 2022, la production a été de 442 000 t.
  • Le groupe turc Yildirim, exploite également des mines en Turquie au travers de la société Eti Krom. La capacité de production est de 1 million de t/an, la principale mine exploitée étant celle de Guleman, dans la région d’Elazig et les réserves prouvées et probables sont de 130 millions de t. En 2023, la production a été de 534 885 t de chromite.
    Le groupe finlandais Afarak, exploite une mine au travers de la société Türk Maadin Sirkefi. En 2023, la production a été de 65 655 t de chromite.
  • En Inde, les mines sont exploitées à 97 % dans la vallée de Sukinda, située dans l’État d’Orissa :
    • Indian Metals & Ferro Alloys Ltd (IMFA), possède les mines de Mahagiri et de Sukinda ainsi que la mine en cours d’extension de Nuasahi, avec, en 2023-24, une production de 669 580 t de chromite et des réserves de 21 millions de t de minerai.
    • Balasore Alloys Limited exploite une mine dans la vallée de Sukinda.
  • En Albanie, le groupe turc Yildirim, exploite également la mine de Bulqiza au travers de la société Albchrome, acquise en 2022. En 2023, la production a été de 79 471 t.
  • En Finlande, une chromite, à 35 % de Cr2O3, est extraite de la mine de Kemi située en Laponie et exploité par Outokumpu. Le gisement, stratiforme, s’étend sur 15 km de long et entre 0,2 et 2 km de large, sur une épaisseur de 2 km. La mine, découverte en 1959, est exploitée à ciel ouvert depuis 1968 et souterrainement depuis 2003, avec une capacité de production de 2,4 millions de t/an. Les réserves prouvées sont, en 2015, de 48 millions de t à 26 % de Cr2O3.

Commerce international

Principaux pays exportateurs

Les principaux pays exportateurs, en 2023, sur un total de 22,299 millions de t de minerais et concentrés, sont les suivants :

en milliers de t
Afrique du Sud 17 791 Albanie 387
Turquie 1 466 Oman 269
Zimbabwe 714 Papouasie 150
Pakistan 465 Philippines 108
Kazakhstan 391 Pays Bas 100

Source : ITC

Les exportations de l’Afrique du Sud sont destinées à 47 % à la Chine, 42 % au Mozambique, 5 % à Hong Kong.

Principaux pays importateurs

Les principaux pays importateurs, en 2023, sur un total de 20,462 millions de t sont les suivants :

en milliers de t
Chine 18 314 Allemagne 118
Indonésie 683 Pays  Bas 105
Russie 431 États-Unis 103
Émirats Arabes Unis 193 Turquie 93
Inde 125 Japon 45

Source : ITC

Les importations de la Chine proviennent à 81 % d’Afrique du Sud, 6 % de Turquie, 4 % du Zimbabwe.

Réserves de chromite

En 2024, en millions de t, sur un total mondial de plus de 1200 millions de t. Source : USGS

en milliers de t
Zimbabwe 540 000 Inde 79 000
Kazakhstan 320 000 Turquie 27 000
Afrique du Sud 200 000  Finlande  8 300

Source : USGS

Utilisations de la chromite : en 2021.

Sidérurgie 96,4 % Chimie 2,56 %
Réfractaires et fonderie 1 %

Source : IMFA

  • La chromite est, à 95 %, transformée en ferrochrome, lui même utilisé à 77 % pour l’élaboration d’aciers inoxydables, pour lesquels il est irremplaçable.
  • Pour l’élaboration de produits chimiques la chromite est d’abord transformée en dichromate de sodium, Na2Cr2O7.
  • En fonderie, la chromite est utilisée comme « sable » de confection de moules. Sa température de fusion est de 2 150°C.
  • Pour une utilisation comme produit réfractaire, la somme des teneurs en Cr2O3 et Al2O3 doit être supérieure à 57 %, avec une teneur en silice inférieure à 0,7 %.

Métallurgie

La chromite est principalement transformée en ferrochromes. La transformation en chrome ne concerne qu’une très faible part de l’utilisation de la chromite.

Ferrochromes

Ils contiennent de 50 à 65 % de chrome et sont élaborés par réduction au four électrique à arc, en présence de coke. La consommation électrique est comprise entre 2 900 et 4 100 kWh/t de ferrochrome.

Principaux types de ferrochrome

Ils se distinguent principalement par leur teneur en carbone.

  • Charge-chrome : 50 à 55 % de Cr, 6 à 8 % de C, 2 à 5 % de Si. C’est l’alliage de chrome le plus utilisé dans la fabrication des aciers spéciaux, dont les aciers inoxydables.
  • Le ferrochrome carburé : 60 à 65 % de Cr, 4 à 8 % de C. Il est utilisé principalement dans l’élaboration des aciers inoxydables.
  • Le ferrochrome moyen carbone : 55 à 70 % de Cr, de 2 à 4 % de C. Il représente 2 % de la production mondiale de ferrochrome.
  • Le ferrochrome bas carbone affiné et suraffiné : 67 à 75 % de Cr, 0,02 à 0,5 % de C, est employé dans la fabrication de la fonte et des aciers. Il représente 4 % de la production mondiale de ferrochrome.

Production de ferrochrome

En 2023, en milliers de t, sur un total mondial de 15,7 millions de t. Sources : USGS

en milliers de t, en 2023, sur un total de 15,7 millions de t
Chine 7 750 Finlande 390
Afrique du Sud 3 200 Indonésie 300
Kazakhstan 1 400 Russie 300
Inde 1 400 Brésil 202
Zimbabwe 400 Suède 108

Source : USGS

En 2021, l’Union européenne (Finlande, Suède, Allemagne) produisait 700 000 t.

La Chine est devenue premier producteur mondial de ferrochrome en 2012. La production est principalement réalisée en Mongolie Intérieure avec, en 2018, 2,82 millions de t soit 53 % de la production totale du pays.

La production d’Afrique du Sud, qui pourrait être plus importante, souffre de difficultés d’approvisionnement en énergie électrique.

En 2022, la production mondiale de charge-chrome et de ferrochrome HC est de 14,666 millions de t, soit 94 % de la production mondiale de ferrochrome, celle de ferrochrome moyen carbone de 20 000 t, celle de ferrochrome bas carbone 849 000 t.

Commerce international de ferrochrome carburé renfermant plus de 4 % de C, en 2023.

Principaux pays exportateurs, sur un total de 7,178 millions de t :

en milliers de t
Afrique du Sud 4 041 Pays Bas 105
Kazakhstan 1 149 Russie 72
Inde 800 Suède 71
Zimbabwe 403 Turquie 55
Finlande 231 Oman 54

Source : ITC

Les exportations d’Afrique du Sud sont destinées à 41 % à la Chine, 25 % au Mozambique, 6 % à la Belgique.

Principaux pays importateurs, sur un total de 6,699 millions de t :

en milliers de t
Chine 3 235 États-Unis 300
Indonésie 962 Belgique 256
Japon 526 Émirats Arabes Unis 156
Corée du Sud 417 Pays Bas 122

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 59 % d’Afrique du Sud, 22 % du Kazakhstan, 11 % d’Inde, 6 % du Zimbabwe.

Producteurs de ferrochrome

Les principaux producteurs mondiaux sont les suivants :

en milliers de t
Glencore-Merafe (Afrique du Sud), en 2024 1 466 Tianjin Metallurgy (Chine), en 2014
400
Kazchrome (Kazakhstan), en 2023 1 321 EHUI Metallurgy (Chine), en 2020
400
Samancor (Afrique du Sud), en 2014
1 150 IMFA (Inde), en 2022-23 264
Outokumpu (Finlande), en 2024 398 Yildirim (Turquie, Russie, Suède), en 2023 215

Sources : Merafe et rapports des sociétés

  • Glencore a produit, en 2024, en Afrique du Sud, 1,166 million de t de ferrochrome dans les usines de Wonderkop, avec une capacité de production de 553 000 t/an, Rustenburg, avec 430 000 t/an, Boshoek, avec 240 000 t/an, ces usines étant alimentées par les mines de Kroondal, Waterval et Marikana ainsi que dans les usines de Lydenburg, avec 396 000 t/an et Steelpoort (Lion I et II, avec 360 000 t/an chaque), alimentées par les mines de Thorncliffe, Helena et Marareng. L’autre partenaire de la joint-venture, Merafe, a produit, en 2023, 300 000 t de ferrochrome.
  • Kazchrome, filiale de Eurasian Resources Group (ERG) a produit, en 2023, 1,268 million de t de ferrochrome carburé, 53 000 t de ferrochrome raffiné. La production est réalisée au Kazakhstan avec les usines de Kazchrome à Aktobe et Asku.
  • Samancor possède des capacités de production, en Afrique du Sud, de 2,4 millions de t/an de charge-chrome, 70 000 t/an de ferrochrome moyennement carburé et 40 000 t/an de ferrochrome bas carbone, dans ses usines de Emalahleni, Middelburg, Steelport et Mooinooi. A acquis, en novembre 2019, Hernic Ferrochrome qui possède des capacités de production, en Afrique du Sud, de 420 000 t/an de charge-chrome à Maroelabult.
  • Outokumpu a produit, à Tornio, en Finlande, en 2024, 398 000 t de ferrochrome, à partir de chromite extraite à Kemi, mine proche de Tornio.
  • Indian Metals & Ferro Alloys Ltd (IMFA) possède, en Inde, dans l’État d’Orissa, à Therubali et Choudwar, des capacités de production de 284 000 t/an de ferrochrome carburé et, en 2023-24, a produit 264 119 t de ferrochrome.
  • Le groupe turc Yildirim a produit, en 2023, 215 283 t de ferrochrome HC, en Turquie, à Elazig, avec une production de 57 510 t, au travers de la société Eti Krom, en Russie au travers de Tikhvin Ferroalloys (TFZ) avec 57 000 t et en Suède, au travers de la société Vargön Alloys avec 78 271 t. En décembre 2021 a acquis la société albanaise Albchrome qui exploite une mine de chromite avec une capacité de 100 000 t/an et produit du ferrochrome avec une capacité de 70 000 t/an et une production, en 2023, de 22 502 t.

Chrome métal

Fabriqué par aluminothermie à partir d’oxyde de chrome (procédé employé en Chine, France, Russie et Royaume Uni et couvrant 95 % des besoins) ou par électrolyse à partir de ferrochrome (procédé utilisé en Russie et en Chine et couvrant 5 % des besoins).
Par aluminothermie, la réaction mise en jeu est la suivante :

Cr2O3 + 2 Al = 2 Cr + Al2O3

L’oxyde de chrome doit être chimiquement pur. La réaction bien que fortement exothermique, n’apporte pas suffisamment d’énergie pour que les produits formés, réfractaires, se séparent correctement, par décantation, à l’état liquide. Pour élever la température, une partie de Cr2O3 est remplacée par un composé de degré d’oxydation plus élevé (CrO3 ou mieux, contenant des ions Cr2O72-). De 10 à 15 t de produit sont traitées à chaque opération.

Au laboratoire, le chrome peut être préparé par aluminothermie dans des conditions proches de celles utilisées industriellement en prenant un mélange de 60 g de dichromate de potassium et de 200 g d’oxyde de chrome (Cr2O3) pour 90 g d’aluminium (de granulométrie < 200 micromètres), introduit dans un creuset en alumine. Cette préparation nécessite de prendre des précautions face aux projections incandescentes et au risque toxique des poussières de chrome VI.

Le chrome obtenu par aluminothermie, malgré sa pureté élevée (99,5 à 99,8 %) n’est pas malléable même à 900°C. Il faut le purifier à l’aide de procédés tels que la méthode Van Arkel ou la fusion de zone pour obtenir du chrome laminable à 50-80 % vers 500°C. Dans ce cas, la transition ductile-fragile (fonction de la pureté) peut être proche de la température ambiante.

Capacité de production du chrome métal

En 2023, en milliers de t/an, sur un total mondial de 117 000 t/an. Source : USGS

en milliers de t/an, en 2023, sur un total mondial de 117 000 t/an
Chine 61 Royaume Uni 10
Russie 27 Allemagne 4
France 12 Japon 3

Source : USGS

En 2023, la capacité de production de l’Union européenne est de 16 000 t/an.

Les importations des États-Unis, ont été, en 2021, de 7 500 t.

Principaux producteurs :

Produits chimiques

Le principal produit chimique élaboré est le dichromate de sodium Na2Cr2O7. Sa fabrication est effectuée dans un four tournant, vers 1 000°C, à partir d’un mélange de chromite et de carbonate de sodium qui donne du chromate de sodium selon la réaction :

2 Cr2O3 + 4 Na2CO3 + 3 O2 = 4 Na2CrO4 + 4 CO2

Le chromate de sodium soluble dans l’eau chaude donne, par acidification à l’aide d’acide sulfurique, du dichromate qui est cristallisé ensuite sous forme dihydratée.

Les différents autres composés chimiques du chrome (dichromates d’ammonium ou de potassium, oxydes, sulfate, acide chromique…) sont obtenus à partir du dichromate de sodium.

Capacité de production des composés chimiques du chrome

En 2023, en milliers de t/an, sur un total mondial de 728 000 t/an de chrome contenu. Source : USGS

en milliers de t/an de chrome contenu, en 2023, sur un total de 728 000 t/an
Chine 350 Afrique du Sud 50
Turquie 70 États-Unis 48
Kazakhstan 60 Japon 11
Inde 56 Italie 8
Russie 50 Pologne 8

Source : USGS

En 2012, la production mondiale de dichromate de sodium était de 700 000 t.

Producteurs

Les principaux producteurs sont :

  • Chongqing Minfeng Chemical Co., Ltd., en Chine.
  • Elementis Chromium, aux États Unis, à Castle Hayne, en Caroline du Nord et Corpus Christi, au Texas.
  • JS Aktyubinsk Chromium Chemicals Plant (ACCP), à Aktobe, au Kazakhstan.
  • Russian Chrome Chemicals 1915, filiale du groupe Midural.
  • Lanxess, en Afrique du Sud, extrayait de la chromite à Rustenburg qui était transformée en dichromate de sodium et acide chromique à Newcastle puis en sulfate et sels de tannage à Merebank, près de Durban, avec une production de 64 000 t/an. En août 2019, cette activité a été vendue au groupe chinois Brother Enterprise. Le dichromate de sodium fabriqué à Newcastle était transformé en pigments à Krefeld-Uerdingen, en Allemagne. Cette activité se poursuit avec une matière première achetée.
  • Sisecam, en Turquie, à Mersin et en Italie avec la société Cromital, à Ostellatto, dans la province de Ferrara. La capacité de production est de 128 000 t/an de sulfate de chrome.

Recyclage

Le chrome contenu dans les aciers inoxydables est recyclé lors du recyclage de ces matériaux. De même pour le chrome contenu dans les aciers courants. Le taux de recyclage du chrome, dans le monde, est estimé à 38 %. Ce taux était de 17 %, en 2022, aux États Unis, avec un recyclage de 100 000 t de chrome.

En France, la société Befesa traite, à Gravelines (59), dans 2 fours à arc immergé, des poussières d’aciéries inoxydables et des déchets d’aciers inoxydables afin de récupérer le nickel et le chrome contenu, avec une capacité de traitement de 110 000 t/an d’acier inoxydable. Les déchets sont conditionnés sous forme de briquettes qui, additionnées de coke et de scorifiants sont introduites dans les fours d’où des coulées sont effectuées plusieurs fois par jour. Ce groupe possède également une usine du même type à Landskrona, en Suède, avec une capacité de traitement de 64 000 t/an d’acier inoxydable.

Situation française

En 2023.

Minerai

En 2023, il n’y a pas de production française. Une production, terminée en 1991, a eu lieu en Nouvelle Calédonie avec 60 000 t de minerai en 1989.

  • Exportations : 3 330 t principalement vers :
    • l’Espagne à 25 %,
    • l’Allemagne à 19 %,
    • la Belgique à 17 %,
    • la Pologne à 13 %,
    • le Portugal à 11 %.
  • Importations : 9 998 t en provenance :
    • d’Afrique du Sud à 62 %,
    • d’Albanie à 23 %,
    • des Pays Bas à 4 %.

Ferrochrome

Pas de production en 2023.
Carburé et charge-chrome (C à plus de 6 %)

  • Exportations : 650 t vers :
    • le Royaume Uni à 28 %,
    • l’Allemagne à 26 %,
    • le Portugal à 11 %,
    • la Suisse à 8 %.
  • Importations : 43 825 t en provenance :
    • de Finlande à 56 %,
    • de Suède à 21 %,
    • du Kazakhstan à 9 %
    • d’Afrique du Sud à 6 %.

Moyennement carburé (C compris entre 4 et 6 %)

  • Exportations : 542 kg totalement vers le Burkina Faso.
  • Importations : 131 t en provenance :
    • de Suède à 97 %,
    • de Belgique à 3 %.

Bas carbone (C compris entre 0,05 et 0,5 %)

  • Exportations : 480 t vers :
    • l’Allemagne à 23 %,
    • l’Italie à 17 %,
    • la Suisse à 16 %,
    • le Portugal à 14 %,
    • le Maroc à 12 %.
  • Importations : 2 867 t en provenance :
    • de Russie à 34 %,
    • de Turquie à 28 %,
    • d’Allemagne à 17 %,
    • des Pays Bas à 6 %.

Chrome Métal

Producteur :
Delachaux, à Marly-lez-Valenciennes (59), possède une capacité de la production 12 000 t/an. C’est le premier producteur européen de chrome métal par aluminothermie, le 3ème mondial. La production est à 90 % exportée.

  • Exportations : 9 933 t vers :
    • l’Allemagne à 31 %,
    • les États Unis à 16 %,
    • le Canada à 9 %,
    • l’Autriche à 8 %.
  • Importations : 2 480 t en provenance :
    • du Royaume-Uni à 71 %,
    • de Russie à 14 %,
    • de Chine à 6 %.

Produits chimiques

Trioxyde de chrome

  • Exportations : 940 t vers :
    • les États-Unis à 69 %,
    • l’Italie à 10 %,
    • la Pologne à 3 %.
  • Importations : 977 t en provenance :
    • de Turquie à 38 %,
    • d’Allemagne à 33 %,
    • d’Afrique du Sud à 10 %,
    • d’Italie à 9 %,
    • des États Unis à 9 %.

Dichromate de sodium

  • Exportations : 9,5 t vers :
    • la Belgique à 32 %,
    • la Tunisie à 18 %,
    • l’Espagne à 13 %,
    • la Norvège à 11 %.
  • Importations : 462 t en provenance :
    • d’Afrique du Sud à 58 %,
    • d’Italie à 36 %,
    • du Kazakhstan à 2 %.

Utilisations

Consommations

En 2015, la consommation mondiale de chromite a été de 29 millions de t.

En 2022, la consommation de ferrochrome a été de 14,1 millions de t répartie comme suit :

  • 61,1 % en Chine,
  •  8,7 % en Europe de l’Ouest,
  • 4,4 % au Japon,
  • 2,7 % aux États-Unis.

Secteurs d’utilisation de la chromite

En 2021, dans le monde. Source : IMFA

Sidérurgie 96,4 % Chimie 2,6 %
Réfractaires et fonderie 1 %

Source : IMFA

En sidérurgie, l’emploi dans les aciers inoxydables représente 77 % des utilisations, dans les aciers alliés : 19 %, dans les autres aciers : 4 %.

En fonderie, la chromite est employée comme « sable de moulage ».

Ferrochrome

Il est utilisé à 80 % pour l’élaboration d’aciers inoxydables, pour lesquels il est irremplaçable.

Métal
Il est utilisé dans les superalliages (en présence de Ni et Co, voir ce chapitre) et divers autres alliages. La consommation mondiale a été de 43 000 t, en 2012.

La répartition des utilisations en France est la suivante :

Superalliages 52 % Autres alliages 10 %
Alliages d’aluminium 12 % Résistance électrique 6 %
Soudage et revêtement 12 % Autres 8 %

 

Composés chimiques

Le principal composé chimique utilisé est le dichromate de sodium Na2Cr2O7, qui entre dans la composition des produits de protection du bois (en présence d’arsenic, voir ce chapitre), des colorants de textiles, dans la fabrication de pigments minéraux. Le dichromate de potassium K2Cr2O7 est utilisé en photographie argentique, pyrotechnie, gravure de lithographie, colorant de céramiques. Le dichromate d’ammonium (NH4)2Cr2O7 donne par calcination le dioxyde de chrome CrO2 pour bandes magnétiques vidéo et audio et est utilisé comme agent oxydant dans des synthèses organiques.
L’acide chromique CrO3 entre dans la fabrication de catalyseurs, de pigments minéraux, permet le mordançage des textiles, le chromage dur et décor.
Le sulfate de chrome Cr2SO4 est employé dans le tannage du cuir.
Le trioxyde de chrome Cr2O3 est utilisé pour élaborer le chrome métal, des produits réfractaires, des pigments.

Principaux secteurs d’utilisation des produits chimiques, en 2015, étaient :

Tannage du cuir 27 % Chromage 19 %
Chrome métal 22 % Protection du bois 9 %
Pigments 19 %

Source : ICDA

Chromage : on distingue le chrome décor du chrome dur.

  • Chrome décor : le dépôt de chrome est effectué, par électrolyse, sous faible épaisseur (généralement de 0,2-0,3 micromètres), pour recouvrir des pièces métalliques qui sont essentiellement nickelées (voir le chapitre nickel). La couche finale de chrome n’a qu’un rôle esthétique, il permet d’éviter le ternissement de la surface de nickel par sulfuration.
  • Chrome dur : le dépôt de chrome est effectué, par électrolyse, sous forte épaisseur (de plusieurs micromètres à quelques dixièmes de mm), directement sur la pièce à protéger. Le revêtement de chrome apporte une excellente résistance à l’usure, aux frottements, à la corrosion, une grande dureté de surface et des propriétés antiadhérentes. Utilisé pour de nombreuses pièces mécaniques en automobile (vilebrequins, chemises de cylindres…), aéronautique (pièces de réacteurs…), machines-outils (arbres de transmission…), outils (instruments de mesure…), moules pour plastiques…

Conditions de chromage : par électrolyse, vers 50-60°C, la pièce à revêtir étant placée à la cathode. L’anode est en alliage de Pb (7 % de Sb) et la densité de courant de 40 à 50 A/dm2. Composition du bain : CrO3 : 250 g/L, H2SO4 : 2,5 g/L, vitesse de dépôt : environ 40 micromètres/h.

Toxicité

D’après les fiches de l’INERIS et de l’INRS.

Les principaux composés courants du chrome présentant une toxicité élevée sont ceux des degrés d’oxydation III et VI. La voie de pénétration principale dans l’organisme est la voie respiratoire avec passage dans la circulation sanguine de 20 à 30 % du Cr (VI) inhalé. Ce taux est de 2 à 9 % par voie orale et de 1 à 4 % par voie cutanée. Les composés de chrome, oxydants puissants, ont une forte action corrosive se traduisant par des atrophies, ulcérations et perforations de la cloison nasale ainsi que par une diminution des fonctions pulmonaires et des pneumonies. Les composés de chrome VI plus solubles que les composés de chrome III sont plus facilement absorbés. Ils diffusent rapidement à travers les membranes et détruisent ainsi les cellules épithéliales.

Dans l’organisme, le chrome VI est réduit en chrome III, sa demie-vie étant de 15 à 41 h. Au cours de sa réduction des composés très réactifs, par exemple de chrome V, peuvent être produits. Toutefois, le Cr(III), à l’état de trace, est nécessaire à l’organisme humain, en particulier pour le métabolisme du cholestérol, des graisses et du glucose. Une carence en chrome induit des hyperglycémies et des hypercholestérolémies.

Par ailleurs, les composés de chrome III et VI sont mutagènes et cancérogènes (cancers du poumon). Après solubilisation dans l’organisme, un effet sensibilisant se traduit par de l’asthme ou des dermatites.

En milieu professionnel, en France, la valeur moyenne limite d’exposition au chrome VI est de 1 μg/m3. La teneur limite des eaux de consommation est, en chrome total, de 50 microgrammes/L.

Bibliographie

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Tantale

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Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
73 180,9 g.mol-1 [Xe] 4f14 5d3 6s2 cubique centrée de paramètre
a = 0,3303 nm
146,7 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
16,6 g.cm-3 6,5 2 996°C 5 425°C 7,61.106 S.m-1 57,5 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° :
Ta2O5(s) + 10H+aq + 10e =
2Ta(s) + 5H2O
1,5 -0,81 V

Données thermodynamiques

Tantale cristallisé

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 41,5 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,4 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 28,4 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 753 kJ.mol-1
Tantale gazeux

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 782,3 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 739,6 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 185,2 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 21 J.K-1mol-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 0,7 ppm.

Le niobium est souvent associé au tantale dans ses gisements, les deux éléments possédant des propriétés chimiques proches. Toutefois, il existe des mines de niobium dans lesquelles le tantale n’est pas récupéré et réciproquement des mines de tantale dans lesquelles le niobium n’est pas exploité.

Le tantale, est également parfois associé au lithium, présent dans le spodumène, LiAlSi2O6, dans des pegmatites comme dans les gisements de l’ouest australien ou de Volta Grande au Brésil ou associé à l’étain comme dans la mine de Pitinga au Brésil.

De même, le zirconium, le titane, le césium et le béryllium sont parfois associés au tantale.

Minerais

Les principaux minerais sont des oxydes avec, parmi les principaux :

  • La famille des niobio-tantalites ou colombo-tantalites, appelée coltan en Afrique centrale, de formule : (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6. Appelée niobite ou colombite lorsque le minerai est plus riche en niobium et tantalite lorsque c’est l’inverse. En 2014, 59 % de la production mondiale provient de minerais de tantalite.
  • La famille des pyrochlores, avec une composition évoluant entre (Na,Ca)2Nb2O6(O,OH,F) et celle de la microlite (Na,Ca)2Ta2O6(O,OH,F).
  • La wodginite, (Ta,Nb,Sn,Mn,Fe)4O8.

Les teneurs des minerais de tantale, exprimées en Ta2O5, sont comprises entre 0,02 et 0,07 %.

Le tantale est également présent dans des minerais d’étain et de titane, en substitution à l’étain dans la cassitérite et au titane dans le rutile et l’ilménite. Dans la cassitérite, le tantale peut substituer jusqu’à 4 % de l’étain. Cette source compte, en 2014, pour environ 15 % de la production.

Les minerais de tantale renferment souvent de l’uranium et du thorium, radioactifs. Lorsque la radioactivité des produits commercialisés atteint 10 Bq/g celle-ci doit être déclarée et des précautions prises. Cette radioactivité correspond à une teneur de 0,13 % de ThO2 et 0,048 % de U3O8.

Minéralurgie

Les concentrés obtenus, après broyage, à l’aide de diverses méthodes de séparation physique : gravimétriques avec des tables à secousse, des cyclones, magnétiques et électrostatiques, contiennent de 20 à 60 % de Ta2O5.

Productions minières

Productions minières de tantale

En 2024, en tonnes de Ta contenu sur un total mondial de 2 100 t. Source : USGS

en tonnes sur un total mondial de 2 100  t
R.D. du Congo 880 Mozambique 55
Nigeria 390 Australie 52
Rwanda 350 Éthiopie 40
Brésil 210 Russie 29
Chine 76 Burundi 2

Source : USGS

Les données concernant les productions sont à prendre avec réserves, les productions effectuées dans les exploitations artisanales illégales dans les zones de conflits, en particulier en République Démocratique du Congo, sont difficilement chiffrables.

En 2018, avec une production totale, y compris le recyclage, de 2 450 t, la production des mines industrielles représentait 24,7 % de la production totale, celle des mines artisanales, 51,3 %, celle issue des laitiers de production d’étain, 4 %, le recyclage comptant pour 20 %. Avec le développement des exploitations artisanales, principalement en République Démocratique du Congo, diverses exploitations minières importantes ont été mises en sommeil :

  • Les mines australiennes de Wodgina et de Greenbushes exploitées par Global Advanced Metals (GAM) étaient les principaux fournisseurs de minerais de tantale, avec 557 t de Ta en 2008.
    • La mine de Wodgina, exploitée depuis 1905 à ciel ouvert, avec une capacité de production de 640 t/an de Ta2O5, est située dans le nord-ouest de l’Australie de l’Ouest. Son exploitation a été mise en sommeil en 2012 puis a été achetée, en septembre 2016, par le groupe Mineral Resources pour extraire du minerai de lithium, Global Advenced Metals conservant les droits sur le tantale. Le minerai produit renfermant 1,5 % de Li2O est exporté, depuis mi-2017, vers la Chine. En 2022, l’exploitation minière a repris.
    • GAM exploitait aussi, en souterrain et à ciel ouvert, la mine de Greenbushes, également en sommeil, dans le sud-ouest de l’Australie de l’Ouest, d’une capacité de 450 t/an de Ta2O5. Les concentrés des deux mines étaient traités à Greenbushes. La mine de Greenbushes a été vendue à Talison Lithium pour l’exploitation du lithium, GAM conservant ses droits sur le tantale.
  • La mine de Marropino au Mozambique, vendue par Noventa à un fonds d’investissement, avec une capacité de production de 90 t/an est en sommeil.
  • ainsi que, en Éthiopie, la mine de Kenticha, exploitée par Ethiopan Mineral Development Share Company, qui avait produit 207 t, en 2011, et qui a suspendu ses exportations depuis que l’Agence Internationale de l’Énergie Atomique AIEA a diminué la limite de classification des marchandises radioactives dangereuses de 70 à 10 Bq/g.

Au Brésil la production provient des mines de Volta Grande et Pitinga. Le tantale contenu dans les minerais de niobium exploités dans la mine d’Araxá, n’est pas valorisé.

  • La mine de Volta Grande, à Nazareno, dans l’État de Minas Gerais, est exploitée par la société AMG Mineração (ex-Mibra), détenue par le groupe néerlandais AMG avec une capacité de production de 137 t/an de Ta2O5, contenu dans les concentrés miniers produits. Les réserves sont de 6,3 millions de t contenant 375 g/t de Ta2O5, 92 g/t de Nb2O5 et 283 g/t d’étain. Les concentrés miniers sont traités dans les installations métallurgiques et chimiques situées à São João del Rei. Le lithium présent dans le minerai à des teneurs de 1,06 % de Li2O est valorisé depuis mi-2018 avec une capacité de production de 90 000 t/an de spodumène portée à 130 000 t/an, en 2022.
  • La mine de Pitinga, en Amazonie, est exploitée par Mineracão Taboca, filiale du groupe péruvien Minsur. La production de niobiotantalite est associée à celle de cassitérite avec une capacité de production de 140 t/an de Ta2O5 à partir d’un minerai renfermant 0,195 % d’étain et 0,250 % de (Nb,Ta)2O5. Les concentrés miniers sont traités près de São Paulo pour donner d’une part de l’étain et d’autre part un ferroalliage FeNbTa renfermant 45 % de Nb et 4,2 % de Ta. En 2022, la production a été de 6 311 t d’étain et de 4 008 t de ferroalliages renfermant 46,87 % de NbTa. Les réserves prouvées et probables sont de 211 millions de t renfermant 0,153 % de Sn, 0,207 % de Nb2O5 et 0,027 % de Ta2O5.

En Australie, a débuté, en 2018, la production de la mine de lithium et tantale de Bald Hill, exploitée par Alliance Mineral Assets, avec une production prévue de 155 000 t/an de spodumène et de 120 t/an de Ta2O5. Les réserves prouvées et probables sont de 11,3 millions de t de minerai renfermant 1,01 % de Li2O et 160 ppm de Ta2O5 et de 2 millions de t de minerai renfermant 313 ppm de Ta2O5.
Par ailleurs, toujours en Australie, a débuté, fin 2018, la production de la mine de lithium et tantale de Pilgangoora exploitée par Pilbara Minerals. La production prévue est de 330 000 t/an de concentré de spodumène et de 145 t/an de Ta2O5. En 2021-22, la production a été de 377 902 t de spodumène et de 29,51 t de concentré de tantalite. Les réserves prouvées et probables sont de 159 millions de t de minerai renfermant 1,2 % de Li2O et 101 ppm de Ta2O5.

Initiatives visant à contrôler la production et l’origine des matières premières

L’exploitation artisanale par des groupes armés, en République Démocratique du Congo, de gisements de cassitérite et de niobiotantalite (coltan), a conduit, les Nations Unies, l’OCDE, l’Union européenne et le gouvernement des États-Unis à diverses initiatives destinées à tarir cette source de financement. Les Nations Unies incitent à la publication de statistiques de production et d’exportation, l’OCDE a publié un « Guide de diligence pour des chaînes d’approvisionnement responsables en minerais provenant de zones de conflit ou à haut risque« , l’Union européenne a voté un règlement fixant des obligations pour les importateurs, aux États-Unis, le « Dodd-Frank Wall Street reform and consumer protection act » vise à contrôler l’origine des matières premières.

Un organisme de certification minière a été créé, l’iTSCi, l’International Tin Supply Chain Initiative, pour la production de la région des Grands Lacs en Afrique, avec comme pays concernés, la République Démocratique du Congo, le Rwanda, le Burundi et l’Ouganda et comme minerais, ceux d’étain, tantale et tungstène. En 2020, 2 306 sites miniers employant 176 124 mineurs sont contrôlés par cet organisme.

Réserves

Les réserves mondiales, en 2022, étaient supérieures à 320 000 t et se situaient, en 2024, principalement dans les pays suivants :

en t de Ta contenu
Chine 240 000 t Brésil 40 000 t
Australie 110 000 t    
Sources : USGS

Préparation industrielle

À partir de niobiotantalite la première étape consiste à produire du fluorotantalate de potassium, K2TaF7, à partir duquel seront produits divers composés de tantale : oxyde, carbure, métal…

Obtention du fluorotantalate de potassium, K2TaF7

La production du fluorotantalate de potassium, est obtenue par hydrométallurgie, à l’aide d’une lixiviation à chaud par de l’acide fluorhydrique et de l’acide sulfurique selon la réaction :

Ta2O5 + 14 HF = 4 H+ + 2 TaF72- + 5 H2O

Le niobium et le tantale sont extraits par solvant, par exemple à l’aide de méthylisobutylcétone (MIBK) puis, le niobium est récupéré en solution aqueuse sous forme d’ion NbOF52- par lavage à l’acide sulfurique alors que le tantale reste dans la phase organique d’où il est ensuite extrait. Un ajout de fluorure de potassium, KF, précipite le fluorotantalate de potassium, K2TaF7.

Obtention du tantale

Le métal est obtenu sous forme de poudre par réduction, en sel fondu, à l’aide de sodium. La réaction réalisée sous atmosphère d’argon entre 600 et 900°C, est représentée par l’équation suivante :

K2TaF7 + 5 Na = Ta + 2 KF + 5 NaF

Après refroidissement, la poudre fine de tantale est dispersée dans le mélange de sels. Un broyage suivi d’une dissolution des sels en milieu acide permet de libérer la poudre. Enfin, une désoxydation sous vide en présence de réducteurs tels que Na, Ca ou Mg donne une poudre à 99,9 % de Ta. La poudre de tantale est la principale forme d’utilisation du tantale, en particulier dans les condensateurs.

Le métal massif est obtenu par fusion de la poudre, par bombardement électronique.

Producteurs

Les principaux producteurs sont :

  • Global Advanced Metals (GAM) possède des usines métallurgiques d’élaboration de tantale et de production de condensateurs aux États-Unis, à Boyertown, en Pennsylvanie et au Japon, à Aizu.
  • HC Starck, possède des usines métallurgiques d’élaboration de tantale à Goslar et Laufenburg en Allemagne, Mito au Japon et Map Ta Phut en Thaïlande. En 2018, la société a été vendue au groupe japonais JX Nippon Mining & Metals.
  • Ningxia Non-Ferrous Metals, en Chine.

Commerce international

En 2023, sous forme brute.

Principaux pays exportateurs sur un total de 706 t :

en tonnes
Chine 138 Éthiopie 38
Thaïlande 116 Estonie 16
États-Unis 114 Italie 14
Japon 112 République tchèque 9
Kazakhstan 110 Panama 6

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinées à 36 % au Salvador, 24 % aux États-Unis, 14 % à Israël, 9 % aux Philippines.

Principaux pays importateurs sur un total de 1 123 t :

en tonnes
États-Unis 321 Thaïlande 56
Salvador 207 République tchèque 43
Malaisie 204 Israël 36
Indonésie 62 Royaume Uni 27
Japon 57 Allemagne 23

Source : ITC

Les importations des États-Unis proviennent à 41 % de Chine, 26 % d’Allemagne, 17 % du Kazakhstan, 9 % de Thaïlande.

Recyclage

Mondialement, il compte, en 2018, pour 20 % de la consommation.

Situation française

Production

Les Kaolins de Beauvoir, filiale d’Imerys, produisent à Echassières (03), 100 t/an de concentrés d’étain-tantale-niobum, sous-produits d’une exploitation de kaolin. La teneur des concentrés est de 45 à 50 % d’étain, de 8 à 12 % de Ta2O5, 4 à 5 % de Nb2O5.

Commerce extérieur

Les exportations, en 2023, sous forme brute, étaient de 295 kg avec comme principaux marchés à  :

  • 60 % l’Allemagne,
  • 24 % l’Italie,
  • 11 % le Royaume Uni,
  • 5 % Taïwan.

Les importations, en 2023, sous forme brute, s’élevaient à 55 t en provenance principalement à :

  • 93 % d’Allemagne,
  • 7 % du Kazakhstan.

Utilisations

Consommations

En 2021, la consommation dans le monde est estimée à 2 500 t, dont 770 t aux États-Unis, en 2024.

Secteurs d’utilisation

Secteurs d’utilisation du tantale

En 2016. Source : Roskill

Secteurs d’utilisation : en 2016.

Condensateurs 32 % Composés chimiques 11 %
Superalliages 23 % Métal laminé 10 %
Cibles de pulvérisation 17 % Carbures 7 %

Source : Roskill

Condensateurs

Les condensateurs en tantale représentent, en nombre d’unités, 1 % de la production mondiale et 10 % en valeur. Ce sont des condensateurs à électrolyte liquide ou solide. Ils utilisent comme anode de la poudre très fine de tantale, de haute pureté, 99,99 %, pressée autour d’un fil très fin de tantale qui est ensuite frittée, sous vide, à une température comprise entre 1500 et 2000°C tout en restant poreuse. Le diélectrique est obtenu par oxydation anodique de l’anode frittée, dans une solution d’acide phosphorique, qui forme une couche très fine d’oxyde de tantale Ta2O5, à la surface des grains de tantale. La cathode est formée par du dioxyde de manganèse obtenu par imprégnation des pores de l’anode frittée à l’aide d’une solution de nitrate de manganèse suivie d’une calcination vers 300-400°C.

Superalliages à base nickel

Le tantale est un élément de composition de ces alliages pour la fabrication de pales monocristallines de turbines destinées à des turboréacteurs. Il permet d’accroître leur résistance thermique en particulier dans les zones proches de la chambre de combustion. Exemples de composition, en % massique :

Cr Co Mo W Ta Nb Al Ti Re Hf Ru
CMSX 10 2,0 3,0 0,4 5,0 8,0 0,1 5,7 0,2 6,0 0,03
Rene N6 4,2 12,5 1,4 6,0 7,2 5,7 5,0 0,1
MC-NG 4,0 1,0 5,0 5,0 6,0 0,5 4,0 0,1 0,1
Source : K. Leszczynska-Sejda, IMN
Microélectronique

Les cibles de pulvérisation en tantale sont employées pour réaliser des dépôts en phase vapeur (PVD) sur des semiconducteurs afin de former à la surface des interconnections en cuivre des couches barrière à la diffusion.

Outils de coupe

Le carbure de tantale, TaC, est ajouté aux carbures cémentés WCCo afin d’accroitre leur résistance en température.

Industries chimiques et pharmaceutiques

Le tantale métallique qui possède une excellente résistance à la corrosion en milieu acide est utilisé sous forme de feuilles fines ou de dépôt mince dans diverses installations.

Bibliographie

Archives

Tantale 2023

Tantale 2022

Tantale 2019

Tantale 2015

Tantale 2013