En savoir plus sur le Zircon

Bien que le zircon ait été identifié pour la première fois en 1783, des fouilles ont permis de déterminer que sa découverte remonte à des temps encore plus anciens :  on trouve déjà des références au zircon dans les mythologies hindoue et judéo-chrétienne !
Le zircon – ou silicate de zirconium – est un sable de fonderie “réfractaire”, ce qui veut dire qu’il résiste à de très fortes températures et ne fusionne qu’à partir de 2550°C !

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.

Au Sénégal, Eramet, à travers TiZir qui est le spécialiste du zircon et des sables minéralisés. Cette filiale d’Eramet est le 4ème producteur mondial de zircon de qualité premium ou standard. Elle détient elle-même deux sites : Grande Côte Opérations (GCO) au Sénégal, qui extrait les sables minéralisés, et TiZir Titanium & Iron – “TTI” – en Norvège, qui valorise l’ilménite sénégalais.

Le processus en trois étapes

1- Extraire le minerai

GCO réalise l’extraction du sable de dunes situées le long de la côte Atlantique au sein d’une concession de 106 kilomètres de long sur environ quatre kilomètres de large. Une drague opère sur un bassin artificiel situé sur la bande dunaire où se trouve le gisement. Le tandem se déplace d’environ sept à treize kilomètre par an.

Longue de 50 mètres et large de 16,5 mètres, la drague dispose d’une capacité d’extraction sans équivalent : jusqu’à 7 000 tonnes de sables par heure, c’est la plus grosse du monde. En permanence en activité, elle se déplace sur le bassin minier, en avant et latéralement. La lame rotative montée sur l’extrémité avant s’enfonce à une profondeur de sept mètres sous l’eau, tandis que le minerai est aspiré par la pompe principale qui mesure 1,2 mètre de diamètre.
Le choix d’outils industriels (drague, usine de séparation) d’une taille bien supérieure à la normale était la seule solution de rendre économique le gisement, du fait de sa faible teneur en sables minéralisés.

710 emplois directs et 820 de sous-traitance

Pour faire fonctionner ses installations, GCO compte 7&à emplois directs et génère 820 emplois de sous-traitance, dont l’essentiel est issue des communautés rurales voisines.

Les métiers sont très variés : mineurs, environnementalistes, IT, laborantins, mais aussi électriciens, mécaniciens, techniciens…
On y trouve aussi tous les métiers support pour le camp : restauration, lingerie…

Pourquoi y a-t-il des sables minéralisés ?

Pendant des millions d’années, des roches éruptives et métamorphiques situées sur le continent africain ont été altérées et érodées, tandis que des grains de quartz et autres minéraux (dont le rutile, le leucoxène, l’ilménite et le zircon) ont été lavés par de fortes pluies et les eaux vives des cours d’eau avant de gagner la mer. Les vagues ramenaient ainsi ces petits minéraux vers la plage. Les plus lourds s’y sont fixés, tandis que les grains de quartz plus légers sont repartis au large. La répétition de ce phénomène au cours de millions d’années a abouti à la création d’un grand dépôt de sables minéralisés sur la plage. A mesure que le littoral se déplaçait plus loin dans les terres, le dépôt s’est enfoui voire stabilisé sous forme de dunes noirâtres.

La frange minéralisée des sables de Diogo est d’une teneur d’environ 1,5%, ce qui est faible et explique le choix d’équipements surdimensionnés destinés à rendre le gisement économique.

2- Préparer les produits minéralisés

Une fois extrait, le sable est transféré par un tuyau d’alimentation vers la plus grande usine de concentration humide au monde, la Wet Concentration Plant (WCP), qui est implantée dans le même bassin.

Le sable y fait l’objet d’une série d’opérations par des procédés physiques – sans aucun entrant chimique – au sein d’un pré-concentrateur flottant à cribles rotatifs, d’hydro-cyclones et de spirales. Ces opérations permettent de séparer les sables minéralisés en zircon, ilménite, leucoxène et rutile. Quant au rebu, le sable le plus léger, il est rejeté à l’arrière du bassin, où il est utilisé pour remodeler le paysage, au plus près de son état d’origine.

Le concentré de minéraux lourds obtenu est alors acheminé vers l’usine de séparation, la Mineral Separation Plant, (MSP), qui comprend elle-même différentes unités, chacune dédiée à un produit : zircon, ilménite, leucoxène et rutile… Différentes opérations y sont réalisées à haute température avant un tamisage et la séparation électrostatique et magnétique des produits.
Le site industriel est fourni en électricité par une centrale d’une capacité de 36 MW afin d’alimenter toutes les unités industrielles.

Le traitement des eaux

Résolument responsable, GCO fait de la préservation de la ressource en eau une priorité, aussi bien pour répondre aux besoins de ses installations industrielles que ceux des équipes au sein de la base-vie. L’entreprise dispose à cette fin de deux stations de traitement des eaux usées : un traitement biologique et un traitement naturel.
Conscient des risques liés à la santé publique, à la contamination de la nappe phréatique et de l’air, l’équipe du département Environnement sensibilise par ailleurs les communautés locales aux risques liés aux eaux usées. Elle leur propose en outre un système de gestion, en collaboration avec les autorités municipales. En fin de compte, les eaux usées retraitées peuvent ainsi être réutilisées pour les cultures maraîchères.

gco.eramet.com

3- Transporter les produits commerciaux

Les produits commerciaux sont acheminés par chemin de fer jusqu’à la gare de Mékhé ou une équipe de GCO gère le transport qui se poursuit ensuite vers le port de Dakar. Chaque année, environ 600 000 tonnes d’ilménite sont transportées du site de production dans des wagons-trémies jusqu’à la capitale sénégalaise, puis auprès de nos clients à travers le monde. Quant au zircon, au rutile et au leucoxène, 100 000 tonnes environ sont transportés dans des conteneurs étanches en un an.

GCO peut expédier ses produits commerciaux dans les meilleures conditions en s’appuyant sur d’importantes infrastructures portuaires et de stockage, tel qu’un hangar de 9 200 m² culminant à près de 27 mètres de hauteur destiné au stockage de l’ilménite. De même, un tronçon de 22 kilomètres de rails a été construit pour relier l’usine MSP à la gare de Meckhé – celle-ci est connectée à la ligne de chemin de fer allant jusqu’à Dakar dont GCO s’est vu attribuer en partie la concession par l’Etat.

Le choix s’est porté sur la voie ferrée pour opérer le transport entre la MSP et Dakar (en passant par Mékhé, Tivaouane et Thiès) dès l’origine du projet. Objectif : réduire au minimum les risques d’impacts sur la sécurité des populations. C’est dans ce contexte qu’un programme de modernisation ambitieux a été lancé pour améliorer la sécurité du transport des populations.

Le zircon – toujours sous forme de sable – est ensuite chargé dans des containers, en vrac ou dans des “big bag”, puis est expédié au port de Dakar par train pour être expédié aux clients de TiZir dans le monde entier, principalement des industriels et des producteurs de céramiques tels que Imerys ou Saint-Gobain.

À QUOI SERT LE ZIRCON ?

Réputé pour sa robustesse et ses propriétés blanchissantes et opacifiantes, le zircon blanchi se retrouve la plupart du temps dans les frittes et les vernis, appliqués aux céramiques – carrelages ou équipements sanitaires, par exemple. Également connu pour sa capacité à résister à de très hautes températures – rappelez-vous, on vous a dit qu’il est “réfractaire”, le zircon est souvent utilisé dans l’industrie pour créer des moules et la barbotine est utilisée pour mouler des pièces. Le sable de zircon est également utilisé pour la production de zirconia fusionné, qui est utilisé dans les pigments (ou les céramiques) et dans l’industrie automobile (plaquettes de frein), etc.
Mais le zircon est aussi présent dans notre quotidien : ses propriétés anti-abrasives et sa brillance comparable aux diamants, lui confèrent une place de choix en joaillerie, où on le retrouve sous forme de dioxyde de zirconium. On le retrouve même dans les prothèses dentaires bien que les quantités de zircon dans ce type d’application soient limitées.

Commerce international : de minerais de zirconium et de leurs concentrés, en 2020.

Principaux pays exportateurs.

Australie (estimation)	730 000		Kenya	32 281
Afrique du Sud	327 274		Madagascar	25 250
Mozambique	119 919		Sierra Leone	23 246
Sénégal	85 044		États-Unis	20 983
Indonésie	64 152		Belgique	19 667

Les exportations de l’Australie sont destinées à 86 % à la Chine.

Principaux pays importateurs sur un total de 1 627 051 t en 2019.

Chine	1 082 158		Pays Bas	20 171
Inde	55 545		Belgique	19 313
Malaisie	34 645		France	19 136
Italie	34 511		Japon	17 399
États-Unis	23 966		Taipei chinois	13 936

Les importations chinoises proviennent à 58 % d’Australie, 18 % d’Afrique du Sud, 7 % du Mozambique.

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

Secteurs d’utilisation du zircon

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.