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14
Si
Silicium
40
Zr
Zirconium
Produit minéral

Le zircon est un silicate de zirconium associé au dioxyde de titane dans ses gisements. Il est principalement utilisé dans l’industrie céramique et est à la base de l’élaboration du zirconium ainsi que des divers composés du zirconium dont son oxyde, la zircone.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule Masse molaire Structure cristalline
ZrSiO4 183,30 g.mol-1 quadratique de paramètres a = 0,6607 nm et c = 0,5982 nm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Solubilité dans l’eau
4,56 g.cm-3 7,5 2 550°C insoluble

Données industrielles

Matières premières

Minerais : de formule ZrSiO4, le zircon renferme du hafnium, généralement avec un rapport massique entre Zr et Hf de 50 pour 1. Le zircon peut renfermer également du thorium et de l’uranium radioactifs. Leur teneur (U + Th) dans le zircon commercialisé doit être inférieure à 500 ppm. La présence de ces éléments radioactifs permet par ailleurs de dater la formation des roches renfermant des cristaux de zircon, ceux-ci résistant bien à l’érosion.

Il se rencontre, associé au dioxyde de titane et à des oxydes de fer, dans des sables, en général, dans l’hémisphère sud.
Le zircon, ainsi que les oxydes de titane fait partie de la famille des minéraux denses, ceux-ci possédant une densité supérieure à 2,87. Provenant de l’érosion de roches, ils se rassemblent souvent dans des placers, comme l’or également dense, sous forme de sables, présents en bordure de côtes (Australie, Afrique du Sud, Inde, Mozambique, Madagascar, Sénégal, Ukraine), avec une épaisseur d’une dizaine de mètres. Sous l’action du vent ces sables peuvent avoir formé des dunes, d’une centaine de mètres de hauteur, par exemple dans la province de KwaZulu-Natal, en Afrique du Sud.
L’oxyde de titane est associé aux oxydes de fer dans l’ilménite, oxyde mixte de formule (TiO2,FeO,Fe2O3) et se présente aussi sous forme de rutile (TiO2) ou de leucoxène (ilménite altérée).
Les teneurs de ces sables en minéraux denses (zircon, ilménite, rutile…) varient de 0,5 à plus de 20 % et celle des minéraux denses en zircon de 1 à 50 %. En général, le rapport massique entre le dioxyde de titane et le zircon est compris entre 4 et 5 pour 1, sauf pour la mine de Jacinth-Ambrosia, en Australie, dans laquelle les teneurs sont sensiblement égales.

Minéralurgie :
Lorsque le minerai se présente sous forme de sables, en bord de mer, l’extraction a lieu à l’aide de dragues flottantes. Dans le cas de dunes fossiles, de puissants jets d’eau permettent d’entraîner le minerai.

La première étape de traitement, après l’extraction, consiste à éliminer les impuretés organiques, les argiles, le quartz et les autres minéraux légers. Cette opération est réalisée, en voie humide, par tamisage, séparation par un hydrocyclone puis par gravité, à l’aide de séries de spirales qui permettent d’éliminer, en particulier, le quartz. Ce triage gravimétrique utilise les différences de densité entre les minéraux denses (4,5 à 5,0 pour l’ilménite, 4,2 à 4,3 pour le rutile, 4,7 pour le zircon) et les autres minéraux présents, principalement le quartz de densité 2,65.
Le produit obtenu est un concentré de minéraux denses qui contient jusqu’à 98 % de minéraux denses. Cette étape est réalisée sur le lieu d’extraction minière. Les conditions d’exploitation permettent des arrêts momentanés de la production et sa reprise rapide en fonction des besoins.

Une deuxième étape permet, à partir du concentré de minéraux denses, de séparer, à sec, les divers minéraux contenus : ilménite, rutile, leucoxène, zircon. Cette opération est effectuée à l’aide de procédés physiques utilisant les différences de propriétés magnétiques et électriques des divers minéraux. Sous champ magnétique, le rutile et le zircon qui ont une faible susceptibilité magnétique sont séparés de l’ilménite et du leucoxène, à forte susceptibilité magnétique. Ensuite, le zircon et le rutile sont séparés par voie électrostatique, le zircon n’étant pas conducteur, contrairement au rutile.

Le zircon commercialisé a une teneur de 65 à 66,9 % exprimée en ZrO2 + HfO2, avec de 0,5 à 2 % de HfO2. La teneur théorique du zircon pur, exprimée en ZrO2, est de 67,22 % en masse.

Différentes qualités. On distingue :

  • La qualité premium : avec une teneur minimale de 66,0 % exprimée en ZrO2 + HfO2 et de faibles teneurs en TiO2 et Fe2O3.  Elle est destinée à la production de céramiques de bonne qualité et à des utilisations en fonderie de précision.
  • La qualité standard :  avec une teneur minimale de 65,0 % exprimée en ZrO2 + HfO2 et des teneurs en impuretés variables destinée à l’impression numérique sur céramiques, à la fonderie, à la production de céramiques de moins bonne qualité et à la production de composés chimiques.
  • Les concentrés de zircon, renfermant de 25 à 50 % exprimée en ZrO2 + HfO2. Ceux-ci sont des résidus non magnétiques de concentration, de moindre valeur.

En 2019, les ventes de la société Iluka qui ont porté sur 274 000 t concernaient à 42 % la qualité premium, 28 % la qualité standard et à 30 % les concentrés de zircon.

Productions minières

Productions minières de concentrés de zircon

En milliers de t, en 2021, sur un total de 1,2 million de t de concentés (source : USGS)

en milliers de t de concentrés
Australie 400 Sénégal 70
Afrique du Sud 270 Indonésie 55
Chine 140 Kenya 30
Mozambique 110 États-Unis 30

Source : USGS

En Australie, les gisement sont principalement exploités par Iluka et Tronox (voir ci-dessous). Par ailleurs, en 2015 a débuté l’exploitation par MZI Resources de la mine de Keysbrook, en Australie de l’Ouest à 70 km au sud de Perth, les minéraux étant séparés à Picton. En 2017-18, la production a été de 20 621 t de zircon et 54 060 t de leucoxène. Les réserves prouvées et probables sont de 57,6 millions de t renfermant 2,2 % de minéraux denses composés de 11,7 % de zircon et 81,6 % de leucoxène. En juillet 2019, la mine a été acquise par Doral Mineral Sands, filiale du groupe japonais Iwatani.

En Afrique du Sud, les gisements sont principalement exploités par Tronox et Rio Tinto (voir ci-dessous). Par ailleurs, début 2014 a débuté la production de la mine de Tormin, sur la côte ouest de l’Afrique du Sud, à 400 km au nord du Cap. Exploitée par la société australienne Mineral Commodities (MRC), en 2021, la production a été de 13 677 t de concentrés de zircon et rutile renfermant 72,1 % de zircon et 19,1 % de rutile, 89 013 t de concentrés d’ilménite et 144 874 t de concentrés de grenats.

Pour les autres pays, voir ci-dessous le paragraphe producteurs.

Pour plus de précisions voir également le chapitre dioxyde de titane.

Commerce international : de minerais de zirconium et de leurs concentrés, en 2021.

Principaux pays exportateurs :

en tonnes
Australie (estimation) 950 000 Sierra Leone 54 498
Mozambique 783 034 Vietnam 30 771
Afrique du Sud 318 630 Kenya 29 607
Sénégal 91 538 Malaisie 28 137
Indonésie 54 629 Ukraine 27 307

Source : ITC

Les exportations de l’Australie sont destinées à 75 % à la Chine.

Principaux pays importateurs sur un total de 1,848 million de t.

en tonnes
Chine 1 283 255 États-Unis 28 469
Espagne 124 215 Pays Bas 27 788
Inde 102 943 Belgique 22 047
Malaisie 47 389 Japon 20 179
Italie 43 785 Brésil 19 317

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 56 % d’Australie, 15 % d’Afrique du Sud, 6 % du Mozambique.

Réserves de zircon

En milliers de t de ZrO2 contenu, en 2021, sur un total de 70 millions de t (source : USGS)

en milliers de t de ZrO2 contenu
Australie 50 000 États-Unis 500
Afrique du Sud 5 900 Chine 500
Mozambique 1 800 Kenya 50

Source : USGS

Producteurs

En 2021, répartition de la production mondiale de zircon sur un total d’environ 1 million de t.

Tronox (Afrique du Sud, Australie) 21 % Kenmare (Mozambique) 5 %
Iluka (Australie, Sierra Leone) 21 % Chemours (États-Unis) 2 %
Rio Tinto (Afrique du Sud, Madagascar) 9 % Base Resources (Kenya) 2 %
TiZir (Sénégal) 6 %  

Source : Eramet

Les principaux producteurs de zircon sont également producteurs de minerais de dioxyde de titane : ilménite, rutile et leucoxène.

  • Tronox possède, en 2021, une capacité de production de 182 000 t/an de rutile et leucoxène, 240 000 t/an de rutile synthétique, 410 000 t/an de laitier de dioxyde de titane, 250 000 t/an de fonte et 297 000 t/an de zircon.  La production a été de 1,191 million de t d’ilménite, 141 594 t de rutile et 219 825 t de zircon. La société exploite 5 mines, après l’achat, en avril 2019, des activités dans les minéraux denses et le dioxyde de titane de la société d’Arabie Saoudite Cristal :
    • En Australie de l’ouest, à Cooljarloo, au nord de Perth, le minerai est exploité à l’aide de 2 dragues et séparé et traité à Chalanda avec une capacité de production de 230 000 t/an de rutile synthétique, 15 000 t/an de rutile, 20 000 t/an de leucoxène et 40 000 t/an de zircon. Les réserves prouvées et probables sont de 361 millions de t renfermant 1,8 % de minéraux denses composés de 60,8 % d’ilménite, 7,9 % de rutile et leucoxène et 11,2 % de zircon.
    • En Australie de l’ouest, dans le bassin de Perth, la mine de Wonnerup acquise auprès de Cristal possède une capacité de production de 12 000 t/an de rutile et leucoxène et 12 000 t/an de zircon. Les réserves prouvées et probables sont de 16 millions de t renfermant 5,5 % de minéraux denses à 72,8 % d’ilménite, 16,3 % de rutile et leucoxène, 9,4 % de zircon.
    • En Nouvelle Galles du Sud, les mines de Ginkgo et Snapper, issues de l’achat de Cristal, dans le bassin de Murray possèdent une capacité de production de 80 000 t/an de rutile et leucoxène et 65 000 t/an de zircon. Les réserves prouvées et probables sont de 36 millions de t renfermant 2,0 % de minéraux denses à 52,1 % d’ilménite, 16,8 % de rutile et leucoxène, 12,7 % de zircon. La mine sera fermée en 2023.
    • En Afrique du Sud, avec une participation de 74 % dans la société KZN Sands, à Fairbreeze, dans le KwaZulu-Natal, le minerai étant extrait sous l’action de jets d’eau à haute pression, avec des réserves prouvées et probables de 217 millions de t contenant 5,5 % de minéraux denses composés de 61,3 % d’ilménite, 7,2  % de rutile et leucoxène et 7,7 % de zircon, puis séparé et transformé à Empangeni avec une capacité de production de 220 000 t/an de slag, 120 000 t/an de fonte, 25 000 t/an de rutile et 55 000 t/an de zircon.
    • A Brand-se-Baai, 35 km au nord du Cap, sur le gisement de Namakwa, avec des réserves prouvées et probables de 703 millions de t renfermant 5,9 % de minéraux denses contenant 49,0 % d’ilménite, 10,4 % de rutile et leucoxène et 10,7 % de zircon, le minerai est traité à Saldanha avec une capacité de production de 190 000 t/an de slag, 100 000 t/an de fonte, 30 000 t/an de rutile et leucoxène et 125 000 t/an de zircon.
    • Au total, avec les mines planifiées et en projet, les réserves prouvées et probables de Tronox sont de 1,440 milliard de t renfermant 4,7 % de minéraux denses à 53,8 % d’ilménite, 9,9 % de rutile et leucoxène et 10,4 % de zircon.
    • Au Brésil, la mine de Paraiba, acquise auprès de Cristal a été arrêtée en 2020.
  • Iluka Resources a produit, en 2021, 563 700 t d’ilménite, 196 600 t de rutile et 324 200 t de zircon. Les exploitations minières sont situées en Australie et depuis fin 2016 en Sierra Leone.
    • En Australie, la mine de Cataby entrée en production en avril 2019, dans la région de Perth, dans l’ouest a produit 383 900 t d’ilménite, 37 000 t de rutile et 48 900 t de zircon, et celles de Jacinth-Ambrosia, dans le bassin d’Eucla, dans le sud, ont produit 127 700 t d’ilménite, 30 300 t de rutile et 271 200 t de zircon. Les concentrés produits ont approvisionné les usines de Capel et de Narngulu, au sud et au nord de Perth. Les réserves prouvées et probables sont de 182 millions de t de minerai renfermant 5,8 % de minéraux denses à 55 % d’ilménite, 17 % de zircon et 3 % de rutile.
    • En Sierra Leone, la société Sierra Rutile, a été acquise en décembre 2016. En 2021, la production a été de 129 300 t de rutile, 52 100 t d’ilménite et 4 100 t de zircon. Les réserves prouvées et probables sont de 212 millions de t renfermant 1,5 % de rutile.
  • Rio Tinto, produit du zircon en Afrique du Sud et à Madagascar :
    • En Afrique de Sud, la production est effectuée dans la province de KwaZulu-Natal, par la société Richard’s Bay Minerals, filiale, à 74 % de Rio Tinto, qui extrait, depuis 1977, l’ilménite, le rutile et le zircon, de sables côtiers avec une capacité de production de 1 million de t/an d’ilménite et 250 000 t/an de zircon. Les réserves sont de 1,393 milliard de t renfermant 2,3 % de TiO2 et 0,3 % de zircon. La capacité de production de l’usine métallurgique est de 1,05 million de t/an de TiO2 sous forme de slag et 565 000 t/an de fonte.
    • A Madagascar, la production est réalisée à Fort Dauphin, au sud-est de l’île, par la société QIT Madagascar Minerals détenue à 80 % par Rio Tinto, avec une capacité de 750 000 t/an d’ilménite et de 60 000 t/an de zirsill, mélange de zircon et de sillimanite (Al2SiO5). Le sable extrait, qui contient 95 % de quartz et 5 % de minéraux denses, est dragué sur une profondeur de 20 m, au rythme de 22 millions de t/an. Les réserves sont de 309 millions de t renfermant 3,7 % de TiO2 et 0,2 % de zircon. L’ilménite produite contient 60 % de TiO2. La production est traitée au Canada dans l’usine métallurgique de Sorel-Tracy.
  • TiZir a d’abord été une joint-venture 50-50 entre Eramet, à travers sa filiale Eramet Titanium & Iron, et Mineral Deposit Limited pour exploiter, par la filiale Grande Côte Opérations (GCO), des sables sénégalais puis le 1er juillet 2018, Eramet a pris le contrôle total de TiZir. La production du gisement sénégalais  a débuté au cours de l’année 2014. En 2021, la production a été de 543 000 t d’ilménite, 11 400 t de rutile et leucoxène, 63 700 t de zircon et 27 000 t de concentrés de zircon. Le gisement, situé à 50 km au nord de Dakar, s’étend sur 100 km de côte et 4 km de largeur. Ses réserves prouvées et probables sont de 1,267 milliard de t contenant 1,49 % de minéraux valorisables à 70,0 % d’ilménite, 10,3 % de zircon, 3,2 % de leucoxène et 2,5 % de rutile.
  • Kenmare, exploite la mine de Moma, sur le dépôt de Namalope, au Mozambique. En 2021, la production a été de 1,119 million de t d’ilménite, 8 900 t de rutile, 56 300 t de zircon et 43 900 t de concentrés de zircon, à l’aide de quatre dragues. Les réserves sont de 1,534 milliard de t de sable contenant 3,2 % de minéraux denses renfermant 82 % % d’ilménite, 0,18 % de zircon et 0,059 % de rutile.
  • Chemours, exploite trois mines, l’une en Floride, près de Starke, depuis 1949, les autres à Nahunta et Jesup, en Géorgie. La mine de Nahunta a été acquise, en août 2019, auprès de Southern Ionics. Les capacités de production de Southern Ionics étaient de 63 000 t/an d’ilménite, 35 900 t/an de rutile, 16 700 t/an de leucoxène et 31 700 t/an de zircon.
  • Début 2014 a débuté la production de la mine de Kwale, au Kenya, par la société australienne Base Resources. En 2021, la production a été de 317 276 t d’ilménite, 73 248 t de rutile, 27 123 t de zircon et 1 878 t de concentrés de zircon. Les réserves prouvées et probables sont de 40 millions de t de minerai renfermant 3,3 % de minéraux denses constitués de 58 % d’ilménite, 14 % de rutile et 5,7 % de zircon.
    Développe, à Madagascar, sur de dépôt de Ranobe, le projet Toliara qui possède des réserves de 586 millions de t renfermant 6,5 % de minéraux denses à 74 % d’ilménite, 5,9 % de zircon, 2 % de rutile et leucoxène. La production prévue serait de 780 000 t/an d’ilménite, 53 000 t/an de zircon et 7 000 t/an de rutile.
  • VV Minerals, exploite des sables, dans le Golfe de Mannar, au sud de l’Inde. Les capacités de production sont de 225 000 t/an d’ilménite, 5 000 t/an de rutile, 12 000 t/an de zircon et 150 000 t/an de grenats utilisés comme abrasifs.

Situation française

En 2021.
Pas de production.

Commerce extérieur :

Les exportations étaient de 3 167 t avec comme principaux marchés à :

  • 56 % l’Italie,
  • 16 % l’Autriche,
  • 11 % le Royaume Uni,
  • 7 % l’Allemagne.

Les importations s’élevaient à 17 362 t en provenance principalement à :

  • 63 % d’Afrique du Sud,
  • 9 % du Malawi,
  • 6 % des États-Unis.

Utilisations

Consommations : en 2020, elles sont, dans le monde, de 1 million de t de zircon.

Secteurs d’utilisation du zircon

En 2020, dans le monde (source : Tronox)

Le zircon, dans l’industrie céramique est utilisé à 85 % dans la fabrication de carreaux, 14 % de produits sanitaires, 1 % de vaisselle. Broyé finement entre 5 et 9 µm, il entre dans la composition des émaux, à des teneurs comprises entre 6 et 15 % en masse, où il apporte un fort pouvoir opacifiant, une bonne résistance à l’abrasion et une bonne résistance aux agents chimiques.

Le zircon est la matière première de départ pour l’élaboration du zirconium, de la zircone et des divers autres composés du zirconium. L’élaboration de la zircone représente environ la moitié de la consommation, les autres produits chimiques l’autre moitié, le principal étant l’oxychlorure ZrOCl2,8H2O, utilisé par exemple comme anti-transpirant et comme précurseur des différents composés du zirconium. En 2017, la production mondiale d’oxychlorure est principalement effectuée en Chine avec 346 000 t/an.

Élaboré sous forme de briques, le zircon est employé dans des revêtements réfractaires de la sidérurgie et de l’industrie verrière. Il possède en particulier une grande résistance à la corrosion par le verre fondu.

En fonderie, le zircon, en poudre fine, est utilisé pour élaborer des moules pour le coulage de métaux fondus. Ses principales qualités dans ce domaine sont une grande stabilité thermique, un faible coefficient de dilatation thermique, une grande conductivité thermique et il n’est pas mouillé par les métaux fondus ce qui permet d’obtenir un bon état de surface des métaux moulés et un recyclage facilité pour le zircon.
Le zircon est également employé dans le moulage à la cire perdue.

Bibliographie