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5
B
Bore
Produit minéral

Les borates sont présents dans la nature sous forme de sels de sodium, pour le borax, de calcium, pour la colémanite ou de sodium et de calcium pour l’ulexite. Principalement extraits en Turquie et aux États-Unis, ils sont surtout employés dans les industries verrières.

Données industrielles

De façon générale la teneur des minerais et des borates (sels contenant des anions de type (BmOn)x-) est exprimée en oxyde de bore (B2O3). Par exemple, la teneur du borax pur, Na2B4O7,10H2O, est de 36,5 % en B2O3.

État naturel

La teneur moyenne de l’écorce terrestre en bore est de l’ordre de 3 ppm, celle de l’eau de mer de 4 à 5 mg/L.

Minerais : les gisements exploitables, résultants d’une activité volcanique et d’un climat aride, se rencontrent principalement en Turquie, aux États-Unis, en Californie, dans le désert de Mojave, dans le massif andin et au Tibet.

Les principaux minéraux exploités sont le borax (Na2B4O7,10H2O) appelé tincal, aux États-Unis, la kernite (Na2B4O7,4H2O, associée au borax), la colémanite (Ca2B6O11,5H2O), exploitée principalement en Turquie et l’ulexite (NaCaB5O9,8H2O) exploitée principalement en Amérique du Sud. Ces 4 minéraux fournissent 90 % de la production mondiale.

Les autres minéraux exploités sont nombreux. Parmi ceux-ci : la pricéite (Ca2B10O19,7H2O, en Turquie), la szaibelyite (MgBO2(OH), en Russie), la sassolite (B(OH)2), la boracite (Mg3B7O13Cl)…

Exploitations minières : les deux principaux gisements mondiaux, exploités à ciel ouvert, contiennent de moins de 50 à plus de 80 % de borates. Ils sont situés en Turquie et aux États-Unis, en Californie.

En Turquie, les gisements exploités sont situés entre la mer Égée et la ville de Kütahya (250 km à l’ouest d’Ankara). L’ensemble de la production est contrôlé par le groupe d’État Eti Madem avec quatre exploitations principales :

  • Emet : gisement découvert en 1956, produisant 1 million de t/an de minerai de colémanite contenant de 28 à 30 % de B2O3.
  • Kirka : gisement découvert vers 1970, produisant 2,5 millions de t/an de minerai de borax contenant 26 % de B2O3.
  • Bigadiç : produisant 800 000 t/an de minerais d’ulexite et de colémanite contenant de 29 à 31 % de B2O3.
  • Kestelek : produisant de la colémanite.

Aux États-Unis, en Californie, les gisements sont ceux de :

  • Boron : découvert en 1913 et exploité, souterrainement à partir de 1927 puis, à ciel ouvert, depuis 1957. Le gisement est situé à 150 km au Nord-Est de Los Angeles dans le désert de Mojave. La mine occupe une surface de 2,8 x 3,2 km avec une profondeur de 230 m. Les principaux borates sont présents dans le gisement mais le principal minerai extrait par Rio Tinto Minerals est le borax (tincal), avec une production, en 2023, de 495 000 t exprimées en B2O3 et des réserves de 13 millions de t exprimées en B2O3.
  • Searles Lake : découvert en 1863, dans un lac au centre d’une vallée désertique située entre la Vallée de la Mort et Boron. Dans le lac, les ions borates, à une teneur de 1,5 %, sont associés à de nombreux autres ions, la production principale étant celle de carbonate de sodium. Exploité par Searles Valley Minerals, filiale du groupe indien Nirma, avec une capacité de production de 110 000 t/an exprimées en B2O3.
  • La société 5E Advenced Materials développe, au sud de la Californie, un projet d’exploitation minière à Fort Cady. Le gisement est constitué de colémanite avec des ressources estimées de 109 millions de t renfermant 6,52 % de B2O3 et 324 ppm de lithium. La production prévue en 2026 est de 82 000 t/an d’acide borique pouvant être portée à 500 000 t/an et de 998 t/an d’équivalent de carbonate de lithium pouvant être portée à 4 990 t/an. Par ailleurs, 5E Advanced Materials développe, dans le Nevada, dans le comté de Churchill, le projet Salt Wells, sur un gisement renfermant 1 % de B2O3 et 810 ppm de Li.

Productions

Production minière de borates

En milliers de t de B2O3, en 2023 avec un total mondial estimé à 4 millions de t de B2O3 (source : USGS)

Production minière : en 2023.
en milliers de t de produits
Turquie 2 200 Pérou 200
États-Unis (estimation) 600 Bolivie 170
Chili 360 Argentine 130
Chine 200 Russie 80
Source : USGS

En 2016, les capacités mondiales de production sont de 5,6 millions de t, exprimées en B2O3.

Au Chili, la société Quiborax, exploite, à 4 050 m d’altitude, les salines de Surire et Ascotan renfermant de l’ulexite, avec une capacité de production de 110 000 t/an d’acide borique et 30 000 t/an de concentré de minerai. La production est à 99 % exportée. Les réserves sont de 1 500 millions de t d’ulexite correspondant à 30 millions de t de B2O3.

En Russie, la société Mining Chemical Company Russian Bor exploite le gisement de Dalnegorsk, dans la région de Vladivostok.

Au Kazakhstan, est exploité le lac Inder dans la région d’Atyrau.

Au Pérou, la société Inkabor, associée au groupe italien Colorobbia, exploite la Laguna Salinas, près de la ville de Arequipa. La production est effectuée durant 6 mois hors saison des pluies. Produit également de l’ulexite à Oruro, en Bolivie.

En Bolivie, la Socomirg (Sociedad Collectiva Minera Rio Grande) exploite le salar Uyuni.

En Argentine, la production provient de la région de Puna, au Nord-Ouest du pays. Les principales mines, Tincalaya et Sijes, sont exploitées, à ciel ouvert, à 4 100 m d’altitude, par Borax Argentina, filiale du groupe Allkem qui résulte de la fusion entre Orocobre et Galaxy Resources. En 2021-22, les ventes ont porté sur 53 334 t de produits (concentrés de minerai, borax, acide borique). Cette activité a été vendue, en décembre 2022, par Allkem à la société Minera Santa Rita, qui exploite par ailleurs, le Salar Hombre Muerto, à 4 100 m d’altitude, dans la province de Catamarca. La production est de 60 000 t/an avec des réserves de 2 millions de t.

Réserves de borates

Répartition mondiale, en 2021, d'un total de 1,3 milliard de t de B2O3. Source : Eti Maden

Réserves de borates : en 2021.

Répartition en %
Turquie 73 % Pérou 2 %
Russie 8 % Serbie 2 %
États-Unis 6 % Kazakhstan 1 %
Chili 3 % Bolivie 1 %
Chine 3 % Argentine 1 %

Source : Eti Maden

Les réserves de Turquie sont constituées à 76 % de colémanite, 22 % de borax et 2 % d’ulexite.

Le projet de la mine lithium-borate de Jadar, près de la ville de Loznica, en Serbie est développé par Rio Tinto. Il renferme un minéral, la jadarite (Na2OLi2O(SiO2)2(B2O3)3H2O), connu seulement dans ce gisement. Les réserves estimées sont de 16,6 millions de t de minerai renfermant 13,4 % de B2O3 et 1,81 % de Li2O. La production pourrait atteindre 160 000 t/an comptées en B2O3 d’acide borique ainsi que 255 000 t/an de sulfate de sodium coproduit et 55 000 t/an de carbonate de lithium. En janvier 2022, face à l’opposition des populations locales le gouvernement serbe a annulé l’autorisation d’exploitation.

Principaux producteurs :

  • Eti Madem, groupe d’État, contrôle la production turque. En 2021, a produit 2,54 millions de t de composés de bore, exprimées en B2O3. Devenu n°1 mondial en 2005, le groupe approvisionne, en 2021, 62 % de la demande mondiale. Possède des capacités de production de 2,81 millions de t/an exprimées en B2O3, situées à :
    • Kirka avec 1,34 million de t/an de borax pentahydraté, 80 000 t/an de borax décahydraté, 24 000 t/an de borax anhydre,
    • Emet avec 290 000 t/an d’acide borique,
    • Bigadiç avec 700 000 t/an de colémanite et d’ulexite,
    • Bandirma avec 150 000 t/an de borax décahydraté, 115 000 t/an de borax pentahydraté, 95 000 t/an de borax anhydre, 8 000 t/an d’oxyde de bore et de borax anhydre.
  • Rio Tinto Minerals filiale du groupe minier britannique Rio Tinto qui exploite, aux États-Unis, le gisement de Boron. Les capacités de production sont de 3 millions de t de minerai et 1 million de t de composés de bore. En 2023, la production minière exprimée en B2O3 est de 495 000 t. En France, ce groupe est présent à travers sa filiale Borax Français. Les minerais produits par la société, ou importés de Turquie, sont raffinés en Californie et en France. Le groupe assure 23 % de la demande mondiale.

Commerce international de borates naturels, en 2023.

Principaux pays exportateurs, sur un total, en 2023, de 991 770 t :

en tonnes de produits
Turquie 482 720 Pays Bas 14 241
Bolivie 321 421 Espagne 6 233
Argentine 92 692 Russie 2 907
Chili 31 283 Malaisie 2 795
Autriche 26 870 Pérou 2 424
Source : ITC

Les exportations de la Turquie sont destinées à la Chine pour 40 %, à l’Inde pour 15 %, à la Russie pour 6 %, aux États-Unis pour 6 %.

Principaux pays importateurs sur un total de 994 460 t :

en tonnes de produits
Brésil 300 351 Russie 27 384
Chine 279 696 Indonésie 24 425
Inde 86 791 Malaisie 24 310
Autriche 29 715 Taipei chinois 22 340
États-Unis 28 577 Japon 15 084
Source : ITC

Les importations brésiliennes proviennent à 56 % de Bolivie, 31 % d’Argentine, 10 % du Chili, 4 % de Turquie.

Traitement des minerais

Dans le cas de gisements de borax, le minerai broyé est mis en présence d’eau à l’ébullition. Le borax passe en solution et est ainsi séparé de la gangue insoluble. Il est récupéré par évaporation de l’eau, cristallisation avec 5 (pentahydraté) ou 10 (décahydraté) molécules d’eau puis centrifugation. Les produits sont ensuite séchés dans des fours tournants.

On obtient ainsi le principal produit commercialisé, le borax ou tétraborate de disodium décahydraté (Na2B4O7,10H2O). La consommation d’énergie est de l’ordre de 8,6 GJ/t de B2O3. Le borax anhydre, Na2B4O7, est obtenu par chauffage vers 400°C.

L’acide borique (H3BO3 ou acide orthoborique) est préparé par attaque sulfurique du borax :

Na2B4O7,10H2O + H2SO4 = 4 H3BO3 + Na2SO4 + 5 H2O

Le sulfate de sodium ainsi coproduit a de nombreuses utilisations dans les produits détergents, l’industrie du verre…, voir ce chapitre.

L’oxyde de bore (B2O3) est obtenu par déshydratation, à 300°C, de l’acide borique :

2 H3BO3 = B2O3 + 3 H2O

Dans le cas de minerai de colémanite, celui-ci est soit directement utilisé après purification, soit il subit un traitement à l’aide de carbonate de sodium qui donne le borax ou une attaque sulfurique qui donne l’acide borique.

Dans le cas des saumures du lac Searles, une cristallisation fractionnée donne le borax ou une extraction par solvant et acidification donne l’acide borique.

Commerce international d’oxyde de bore et d’acide borique : en 2023, en tonnes de produits.

Principaux pays exportateurs : sur un total estimé, en 2022, à 506 927 t :

en tonnes de produits
États-Unis 253 503 Pays Bas 17  221
Turquie (estimation) 250 000 Argentine 16 736
Chili 95 481 Bolivie 6 068
Russie 67 834 Belgique 3 069
Pérou 33 992 Autriche 2 869

Source : ITC

Les exportations des États-Unis sont destinées à la Chine pour 32 %, au Japon pour 17 %, aux Pays Bas pour 16 %, à la Corée du Sud pour 14 %.

Principaux pays importateurs :

en tonnes de produits
Chine 259 323 France 26 587
Brésil 55 558 Pays Bas 25 157
Corée du Sud 40 454 Japon 19 348
États-Unis 37 979 Allemagne 18 333
Taipei chinois 37 930 Italie 14 707

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent des États-Unis pour 31 %, de Russie pour 23 %, de Turquie pour 21 %, du Chili pour 20 %.

Commerce international de borates et perborates : en 2023, en tonnes de produits.

Principaux pays exportateurs : sur un total estimé à 1,6 million de t.

en tonnes de produits
Turquie (estimation) 800 000 Pologne 21 158
États-Unis 630 017 Slovénie 14 468
Pays Bas 78 145 Malaisie 11 702
Guatemala 25 743 Pérou 9 099
Chine 21 786 Suède 8 771

Source : ITC

Les exportations des États-Unis sont destinées à la Chine pour 50 %, au Canada pour 9 %, à l’Inde pour 8 %, à l’Indonésie pour 6 %.

Principaux pays importateurs :

en tonnes de produits
Chine 734 149 Canada 69 143
États-Unis 168 646 Allemagne 60 562
Inde 130 569 Guatemala 50 056
Pays Bas 93 115 Malaisie 47 629
Indonésie 82 572 France 46 766

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent de Turquie pour 59 %, des États-Unis pour 40 %.

Situation française

En 2023.

Production :
Pas de production minière.

Production de divers borates à partir de minerais importés, à Coudequerque (59) par Borax Français, filiale de Rio Tinto. La capacité de production de l’usine est de 100 000 t/an de produits, soit 6 t/h de borax à partir de minerai importé des États-Unis et 10 t/h d’acide borique cristallisé à partir de colémanite importée de Turquie. La production est exportée à 80 %.

Commerce extérieur :
Borates naturels :

  • Exportations : 40,2 t vers la Belgique à 53 %, l’Allemagne à 16 %, l’Italie à 7 %.
  • Importations : 3 655 t de Turquie à 76 %, du Luxembourg à 17 %, d’Allemage à 3 %.

Tétraborate anhydre et hydraté :

  • Exportations : 5 245 t vers l’Espagne à 50 %, le Portugal à 35 %.
  • Importations : 45 822 t de Turquie à 77 %, du Luxembourg à 15 %.

Autres borates :

  • Exportations : 1 989 t vers l’Allemagne à 7 %, les États-Unis à 9 %, la Belgique à 4 %.
  • Importations : 867 t de Belgique à 36 %, des États-Unis à 18 %, d’Allemagne à 16 %, d’Italie à 8 %.

Perborates :

  • Exportations : 2,072 t vers le Maroc à 48 %, l’Espagne à 16 %, l’Italie à 15 %, l’Algérie à 10 %.
  • Importations : 22,7 t d’Allemagne à 73 %, de Belgique à 26 %.

Utilisations

Les principaux composés du bore sont utilisés, à plus de 99 % des quantités consommées, sous forme de borates ou de perborates.

Consommations : en 2021, la consommation mondiale est de 4,27 millions de t, exprimées en B2O3, à 52 % en Asie et Pacifique, 28 % en Amériques, 18 % en Europe, 1 % en Afrique, 1 % au Moyen Orient.

Secteurs d’utilisation des composés du bore

En 2021, dans le monde. Source : Eti Maden

  • Industrie du verre : les borates sont principalement employés dans l’élaboration des fibres de verre d’isolation et de renforcement de plastiques. Les fibres de verre d’isolation (laine de verre) contiennent de 4 à 5 % de B2O3, apporté sous forme de borax pentahydraté, qui facilite la fusion du verre, empêche la dévitrification et améliore la résistance à l’eau. Les fibres de renforcement de matières plastiques contiennent de 6 à 8 % de B2O3 introduit généralement sous forme de colémanite car ces fibres n’admettent pas des teneurs élevées en sodium. Ces fibres sont utilisées pour la fabrication de coques de voiliers, cannes à pêche et matériaux composites utilisés dans la furtivité (leur non-conductibilité et leur faible constante diélectrique les rendent transparents aux ondes radar).
    Ils sont également employés dans la fabrication du verre borosilicaté (Pyrex®) qui renferme de l’ordre de 12,5  % de B2O3 qui apporte la résistance aux chocs thermiques et aux acides. L’oxyde de bore est apporté sous forme de borax hydraté ou anhydre ou d’acide borique. En 2021, le verre borosilicaté représente 21 % de la consommation de produits de bore, la laine de verre 14 %, les fibres de verre 12 % et le verre pour écrans TFT et LCD 3 %.
  • Émaux et glaçures céramiques : comme dans le cas des verres (les émaux et les glaçures sont des verres), l’oxyde de bore facilite la formation du verre et sa teneur permet d’ajuster les coefficients de dilatation thermique du support et du revêtement. Il augmente l’indice de réfraction et la résistance aux attaques chimiques et aqueuses.
  • Agriculture : le bore est un oligoélément essentiel à la croissance et au développement des plantes (il est un des constituants des parois cellulaires). Des borates, sous forme de borax ou d’octoborate (Na2B8O13,4H2O) peuvent être ajoutés aux engrais.
  • Détergents : utilisation aux États-Unis sous forme de borax et en Europe et plus récemment aux États-Unis sous forme de perborates de sodium (NaBO3) mono ou tétrahydratés. Les perborates entrent, à des teneurs de 10 à 20 % en masse, dans les lessives en poudre. Le monohydrate est utilisé dans les poudres compactes.
    Le perborate de sodium est fabriqué, après attaque par la soude (avec parfois ajout de Na2CO3) du borax qui donne une solution de métaborate de sodium, par précipitation à l’aide de H2O2 vers 20°C.

Na2B2O4 + 2 H2O2 + 6 H2O = 2 NaBO3,4H2O

En Europe, la production est assurée par le groupe Solvay, dans son usine de Bad Hönningen, en Allemagne, par Evonik, en Allemagne, par Belinka Perkemija, filiale du groupe Kansai Helios, en Slovénie.
Les perborates qui libèrent H2O2 au-dessus de 60°C, qui ont été les principaux agents de blanchiment utilisés en Europe, sont actuellement remplacés par les percarbonates qui libèrent le peroxyde d’hydrogène à plus basse température.

  • Sidérurgie et métallurgie : les borates dissolvent les oxydes métalliques et sont donc utilisés comme flux dans la soudure et le brasage (utilisation de borate de potassium) ainsi que pour favoriser, en métallurgie, l’obtention de laitiers fusibles. Cette propriété de dissolution des oxydes métalliques est utilisée en chimie, en analyse qualitative : en formant des perles de borax, on obtient des verres de couleurs caractéristiques des métaux dont les oxydes ont été dissous.
  • L’acide borique est utilisé, en galvanoplastie dans les bains de nickelage.
  • Le bore (voir cet élément) entre dans la composition d’alliages divers.

Autres utilisations :

  • Peintures : le borate de zinc (2ZnO,3B2O3,3,5H2O) est utilisé comme pigment anticorrosion.
  • Inhibiteur de corrosion des métaux : par exemple dans les circuits de refroidissement d’eau des automobiles.
  • Ignifugation : de fibres cellulosiques (par exemple dans les matelas en coton) et de plastiques sous forme de borax, acide borique, borate de zinc.
  • Ciments et bétons : le borax ralenti leur vitesse de durcissement.
  • Fongicide et insecticide : pour traiter les bois de construction, en particulier contre les termites.
  • Pharmacie : antiseptiques, les borates, sont utilisés dans de nombreux produits d’usage courant : cosmétiques, produits d’hygiène…
  • Centrales nucléaires : le bore et en particulier l’isotope naturel 10B étant absorbeur de neutrons, des borates sont utilisées, en solution, dans le circuit primaire des réacteurs REP. Lors de l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima, au Japon, l’eau déversée sur les réacteurs était additionnée de borax.
  • Chimie : les borates sont les produits de départ de tous les composés du bore vus par ailleurs. L’acide borique est utilisé comme catalyseur lors de l’oxydation du cyclohexane destiné à produire le Nylon.

Bibliographie

  • Les borates, Mémento du BRGM, 1992.
  • European Borates Association, Rue des Deux Églises, 26, B-1000 Bruxelles, Belgique.
  • « Eti Maden and the borate industry », Industrial Minerals International Congress and Exhibition, Prague, 2016.
  • C. Helvaci, « Borate deposits: An overview and future forecast with regard to mineral deposits », Journal of boron 2 (2) 59-70, 2017.
  • Information du Borax Français, BP 59, 59411 Coudekerque-Branche Cedex.
  • American Ceramic Society Bulletin, juin 1997.
  • Applications industrielles des composés du bore, Informations Chimie, n°178, juin 1978.

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