Élément Archive - Page 12 sur 12

Lithium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
3	6,941 g.mol^-1	[He] 2s¹	cubique centrée de paramètre a = 0,351 nm	156,2 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
0,534 g.cm^-3	0,6	180,54°C	1 347°C	10,8.10⁶S.m^-1	84,7 W.m^-1.K^-1	oxydé avec dégagement de dihydrogène

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	État d’oxydation	pKa : Li_aq⁺/LiOH_aq	E° : Li⁺ + e = Li_(s)	E° : Li⁺ + (Hg) + e = Li(Hg)	pKs : LiOH
0,98	+1	13,8	-3,0 V	-2,00 V	13,8

Données thermodynamiques

Lithium cristallisé :

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 29,12 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 23,6 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 4,2 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 147,7 kJ.mol^-1

Lithium gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 155,2 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 122,2 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 138,7 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 en lithium (Li) de l’écorce terrestre est de 20 ppm (20 g/t), celle des océans est de 0,18 g/m³.

La production de lithium est assurée à partir de deux sources :

L’exploitation de saumures de lacs salés en partie asséchés, appelés « salars » et présents principalement dans l’Altiplano de la Cordillère des Andes et au Tibet. La teneur en lithium de ces lacs salés peut atteindre 0,16 % pour le « salar » d’Atacama, 0,05 % pour celui de Zhabuye, au Tibet. La zone des salars de la Cordillère des Andes a la forme d’un triangle, entre le nord-ouest de l’Argentine, le nord-est du Chili et le sud de la Bolivie.
Le « salar » d’Uyuni, en Bolivie, situé à 3 656 m d’altitude et s’étendant sur 10 582 km², pour l’instant non exploité industriellement, serait la plus grande accumulation connue de lithium, avec une teneur de 0,05 % de Li, représentant une ressource de 9 millions de t de lithium. Divers projets d’exploitation commencent à prendre forme, le gouvernement bolivien souhaitant développer une industrie du lithium, de la mine à la fabrication de batteries.
En 2018, la production obtenue à partir de salars a été de 145 000 t en équivalent de carbonate de lithium, soit 45 % de la production mondiale. Les productions et utilisations de composés du lithium sont souvent exprimées en équivalent de carbonate de lithium, ce dernier étant la principale forme d’utilisation, sachant qu’une tonne de carbonate de lithium renferme 187 kg de lithium.
L’exploitation, généralement à ciel ouvert, de gisements de pegmatites granitiques contenant des silicoaluminates de lithium : spodumène (LiAlSi₂O₆), pétalite (LiAlSi₄O₁₀), lépidolite (KLi₂AlSi₃O₁₀(OH,F)₂). Par exemple, pour le gisement de spodumène de Greenbushes, en Australie, qui a une teneur de 1,43 % de Li₂O, les minerais sont concentrés sur place à environ 6 % de Li₂O. Le concentré de spodumène est soit utilisé directement dans les industries verrières et céramiques (pour les 2/3 de la production), soit transformé en composés simples du lithium (carbonate, hydroxyde…) pour le 1/3 restant.
En 2018, la production obtenue à partir de spodumène a été de 180 000 t en équivalent de carbonate de lithium, soit 55 % de la production mondiale.

Il existe d’autres sources potentielles de lithium, dans des saumures géothermales et de champs pétrolifères ou dans des minerais contenant par exemple de la jadarite (LiNaSiB₃O₇(OH)), en Serbie, avec des réserves de 16,6 millions de t renfermant, en 2020, 1,81 % de Li₂O et 13,4 % de B₂O₃. L’exploitation de ce gisement est en cours d’étude de la part de Rio Tinto avec une production envisagée de 55 000 t/an de carbonate de lithium, 160 000 t/an d’acide borique, en B₂O₃ contenu et 255 000 t/an de sulfate de sodium coproduit.

Traitements

Les concentrés miniers sont soit utilisés directement dans les industries verrières et céramiques, cela représente 14 % de la production mondiale, en 2016, soit avec le lithium issu des saumures, transformés en composés simples de lithium, principalement, en carbonate (43 % de la consommation), mais aussi, en hydroxyde (17 % de la consommation), bromure (4 % de la consommation), butyllithium (4 % de la consommation), chlorure (4 % de la consommation)…. Une faible quantité (3 % de la consommation) est réduite en métal, par électrolyse en sel fondu (55 % LiCl, 45 % KCl), à 400°C.

A partir de saumures :
Par exemple, dans le « salar » d’Atacama exploité par SQM, la saumure, qui contient, 0,16 % de Li, est pompée à travers la croûte de sel à une profondeur variant de 1,5 m à 60 m puis est évaporée partiellement dans 1 700 hectares de bassins d’évaporation dans lesquels cristallisent les chlorures de sodium et de potassium. Le principal produit exploité, le chlorure de potassium, est récupéré. La saumure concentrée en chlorure de lithium, sa teneur en lithium atteint 6 %, est ensuite transportée par camions, sur 230 km, au Salar del Carmen, près d’Antofagasta, sur la côte du Pacifique, où a lieu la production de carbonate et hydroxyde de lithium. Une partie du chlorure de lithium est récupérée par cristallisation de la solution. L’essentiel de la solution de chlorure de lithium est traité par du carbonate de sodium pour obtenir du carbonate de lithium, avec une capacité de production, en 2019, de 70 000 t/an de carbonate. Une partie de la production de carbonate de lithium est traitée par de la chaux pour obtenir de l’hydroxyde de lithium, avec une capacité de production de 13 500 t/an d’hydroxyde.

A partir de minerais : il existe deux voies de traitement, une voie acide et une voie basique.

La voie acide consiste tout d’abord à calciner le concentré de spodumène vers 1100°C afin de transformer la forme alpha du spodumène, en forme bêta. Les deux formes ont des masses volumiques nettement différentes (3,20 pour la forme alpha et 2,35 pour la forme bêta) ce qui se traduit, lors de la transformation de phase par un phénomène de décrépitation c’est-à-dire par l’éclatement des grains de matière, du à une augmentation de volume de 27 %, permettant d’améliorer nettement l’efficacité du traitement hydrométallurgique qui suit.
Après broyage en dessous de 200 µm, par réaction avec de l’acide sulfurique concentré, vers 200-250°C, on obtient du sulfate de lithium, qui après refroidissement vers 90-100°C, est extrait de la pulpe obtenue lors du traitement à l’acide sulfurique, avec de l’eau chaude. Une filtration permet de récupérer une solution purifiée contenant 250 g/L de Li₂SO₄, après traitement à l’hydroxyde de sodium pour éliminer, par augmentation du pH, les ions fer, aluminium, calcium et magnésium contenus. Un ajout d’acide sulfurique permet d’ajuster le pH et l’introduction, à 90-100°C, de carbonate de sodium précipite le carbonate de lithium.
La voie basique consiste à réaliser la calcination initiale du concentré, en présence de chaux qui donne du silicate de calcium et de l’oxyde de lithium. Après calcination, une lixiviation, à l’eau chaude, permet d’extraire une solution d’hydroxyde de lithium qui après concentration cristallise en LiOH,H₂O, qui donne par séchage l’hydroxyde LiOH.

Productions

Productions minières

En 2019, la production mondiale de lithium contenu est de 77 000 t. Les principaux pays producteurs sont les suivants :

en tonnes de Li contenu
Australie	42 000 t	Zimbabwe	1 600 t
Chili	18 000 t	Portugal	1 200 t
Chine	7 500 t	États-Unis (estimation)	700 t
Argentine	6 400 t	Brésil	300 t

Source : USGS

La production du Chili se décompose, en 2017, en 73 563 t de carbonate de lithium, 5 280 t d’hydroxyde de lithium et 2 535 t de chlorure de lithium.

En 2018, la production australienne, sous forme de spodumène, a été de 324 000 t en équivalent de carbonate de lithium dont 125 000 t sous forme de concentrés directement exportés.

En Australie, les mines de spodumène sont situées en Australie Occidentale.

La société Talison Lithium détenue à 51 % par le groupe chinois Tianqi Lithium et à 49 % par le groupe américain Albemarle, exploite, à ciel ouvert, le gisement de spodumène de Greenbushes, situé à 250 km au sud de Perth. Le minerai est concentré pour être principalement expédié en Chine et transformé en carbonate de lithium. Les capacités de production sont de 1,34 million de t/an de concentré soit 80 000 t/an de carbonate de lithium. Les réserves prouvées et probables sont de 31,4 millions de t de minerai renfermant 1,43 % de Li.

En 2017, trois nouvelles mines de spodumède sont entrées en production, en Australie de l’Ouest :

Mount Marion, au sud de Kalgoorlie, détenue à 50 % par Mineral Resources Limited et à 50 % par Jiangxi Ganfeng Lithium qui a exporté, en 2020, 407 000 t de concentré de spodumène. Les réserves prouvées et probables sont de 77,8 millions de t de minerai renfermant 1,37 % de Li₂O.
Wodgina, dans la région de Pilbara, détenue à 40 % par Mineral Resources Limited et 60 % par Albemarle a produit, en 2018-2019, 422 000 t de minerai totalement exporté. Mi-2019, la production minière a été interrompue dans l’attente du démarrage de l’usine de production d’hydroxyde de lithium de Kemerton. Les réserves sont de 142 millions de t de minerai renfermant 1,19 % de Li₂O.
Mount Cattlin, proche de Ravensthorpe, exploitée par Galaxy Resources. En 2019, la production a été de 1,79 million de t de minerai contenant 1,24 % de Li₂O ayant donné 191 570 t de concentré à 5,93 % de Li₂O et une co-production de concentré d’oxyde de tantale. Les réserves prouvées et probables sont de 8,2 millions de t de minerai renfermant 1,29 % de Li₂O et 155 ppm de Ta₂O₅.

En 2018, les trois nouvelles mines suivantes sont entrées en production :

Le projet de lithium-tantale de Pilgangoora situé à 120 km au sud de Port Hedland est développpé par Pilbara Minerals. En 2018/19 la production a été de 174 952 t de concentré de spodumène à 6 % et de 82 t de concentré de tantalite. Dans une première phase les capacités de production prévues sont de 330 000 t/an de concentré de spodumène et 146 t/an de concentré de tantalite. Les réserves prouvées et probables sont de 106 millions de t de minerai titrant 1,25 % de Li₂O et 120 ppm de Ta₂O₅.
Sur le même dépôt de Pilgangoora, à 90 km au sud de Port Hedland, la société Altura Mining a débuté, en juillet 2018, une exploitation avec une capacité de production prévue de 220 000 t/an de concentré de spodumène à 6 %. En 2018/19, la production a été de 114 676 t de concentré de spodumène. Les réserves prouvées et probables sont de 37,6 millions de t renfermant 1,08 % de Li₂O.
A 130 km au sud de Kalgoorlie, Alliance Mineral développe la mine de Bald Hill avec une capacité de production prévue de 155 000 t/an de concentré de spodumène. Les réserves prévues et probables sont de 11,3 millions de t de minerai renfermant 1,0 % de Li₂O et 160 ppm de Ta₂O₅.

Le Chili exploite le « salar » d’Atacama qui s’étend, à 2 300 m d’altitude, sur 2 800 km². La teneur en lithium n’est pas homogène, seules les zones les plus riches sont exploitées. La saumure exploitée, qui contient, en moyenne, 0,157 %, en masse, d’ions Li⁺, 2,36 % d’ions K⁺, 9,1 % d’ions Na⁺, 0,965 % d’ions Mg²⁺, 18,95 % d’ions Cl^–, 1,59 % d’ions SO₄^2- est concentrée par évaporation naturelle et cristallisation des chlorures de sodium et de potassium. Le désert d’Atacama est particulièrement propice à ce type d’exploitation avec une pluviométrie inférieure à 15 mm/an. Le gisement est exploité par 2 sociétés, SQM depuis 1997 et Rockwood Lithium, acquis en janvier 2015 par Albemarle, depuis 1984, qui traitent les saumures concentrées dans des usines situées sur la côte du Pacifique, près d’Antofagasta. Le traitement des saumures conduit à la production de carbonate, hydroxyde et chlorure de lithium.

En Argentine, la société Livent, issue, en 2018, de FMC, exploite, depuis 1995, le « Salar » del Hombre Muerto.
La société australienne Orocobre, avec 66,5 % de participation, la société japonaise Toyota Tsusho avec 25 % et le gouvernement provincial avec 8,5 %, ont débuté, en avril 2015, l’exploitation à pleine capacité du salar de Olaroz, situé dans la région de Puna, dans la province de Jujuy, au nord de l’Argentine, à 3 900 m d’altitude, avec une capacité de production de 17 500 t/an de carbonate de lithium et une production, en 2019, de 12 605 t de carbonate de lithium. La teneur des saumures est de 690 mg/L de Li⁺, 5 730 mg/L de K⁺ et 1 050 mg/L de bore. Les ressources mesurées sont de 0,27 million de t de lithium, 2,08 millions de t de potassium et 0,39 million de t de bore. Les capacités de production sont en cours d’accroissement et une usine de production d’hydroxyde de 10 000 t/an est prévue pour 2021.
Le groupe français Eramet, développe un projet d’exploitation du salar de Centenario-Ratones qui s’étend sur 260 km², à 3 800 m d’altitude. La capacité de production prévue, en 2021, est de 24 000 t/an en équivalent de carbonate de lithium, à l’aide d’un procédé original consistant à adsorber uniquement les ions lithium sur un substrat et à réinjecter la saumure dans le salar, en évitant l’étape de concentration de la saumure par évaporation.

La Chine exploite d’une part des lacs salés, Zhabuye au Tibet et Xitai, Dongtai et Charhan, dans la province du Qinghai et d’autre part des minerais de spodumène dans les provinces du Sichuan et du Jiangxi.

Au Zimbabwe, la mine de Bikita, à ciel ouvert, produit 30 000 t/an de minerai de lépidolite et de pétalite contenant 4,45 % de Li₂O.

Aux États-Unis, le seul gisement, un lac salé, exploité par Albemarle, est celui de Silver Peak, dans le Nevada, avec une capacité de production de 6 000 t/an de carbonate de lithium.

Au Portugal, dans le nord du pays, dans la région de Guarda, la société Felmica, filiale du groupe Mota exploite un gisement de pétalite destiné à l’industrie céramique. Divers projets sont en cours de développement dont celui de la mine de spodumène de Barroso de la société Savannah Resources , dans le nord du pays, avec des ressources de 27 millions de t de minerai renfermant 1,06 % de Li₂O. La production prévue est de 175 000 t/an de concentré de spodumène à 6 % de Li₂O.

Réserves minières

Les réserves mondiales sont estimées à 17 millions de t en 2019. Elles se répartissent principalement entre les pays suivants :

en milliers de t de lithium
Chili	8 600	États-Unis	630
Australie	2 800	Canada	370
Argentine	1 700	Zimbabwe	230
Chine	1 000	Brésil	95

Source : USGS

Aux réserves listées par l’USGS, il faudrait ajouter celles de Bolivie estimées à 9 millions de t bien qu’elles ne soient considérées que comme des ressources.

Principaux producteurs

Les principaux producteur de Lithium sont les suivants :

Albemarle, exploite au Chili le « salar » d’Atacama ainsi que celui de Silver Peak, dans le Nevada, aux États-Unis, détient 49 % de la société Talison Lithium qui exploite le gisement de spodumène de Greenbushes, en Australie. En octobre 2019, a acquis 60 % de la participation de Mineral Resources Limited dans l’exploitation de la mine de Wodgina. Détient 25 % du marché mondial avec une capacité de production de 45 000 t/an de carbonate de lithium et 40 000 t/an en équivalent carbonate sous forme d’hydroxyde de lithium. A démarré, en août 2012, la production d’hydroxyde de lithium de haute pureté, avec une capacité de production de 5 000 t d’hydroxyde/an, à Kings Mountain, en Caroline du Nord, aux États-Unis. La production du salar d’Atacama est transformée en carbonate et hydroxyde de lithium à La Negra, près d’Antofagasta avec une capacité de production de 40 000 t/an de carbonate de lithium. Produit du butyllithium, à New Johnsonville, dans le Tennessee, aux États-Unis, à Langelsheim, en Allemagne, à Taichung, à Taipei chinois, dans le Gujarat, en Inde. Une unité de production d’une capacité de production de 50 000 t/an d’hydroxyde de lithium est en cours de construction à Kemerton en Australie de l’Ouest.
En 2017, a acquis la société chinoise Jiangxi Jiangli New Material qui possède une capacité de production de 15 000 t/an de sels de lithium.

Sociedad Química y Minera de Chile (SQM) détient 15 % de la production mondiale. Le lithium est coproduit avec le chlorure de potassium, à partir des saumures du « salar » d’Atacama, au Chili. La société produit également à partir de ces saumures, du sulfate de potassium, de l’acide borique et du chlorure de magnésium. En 2018, les capacités de production sont de 70 000 t/an de carbonate de lithium et 13 500 t/an d’hydroxyde de lithium. En 2019, la production a été de 45 100 t d’équivalent en carbonate de lithium. Les réserves prouvées et probables sont, en 2019, de 92,5 millions de t de potassium, 80,3 millions de t d’ions sulfate, 9,2 millions de t de lithium, 2,8 millions de t de bore.
A compter de 2021, les capacités de production de carbonate de lithium du salar d’Atacama devraient augmenter pour atteindre 120 000 t/an. Par ailleurs, en joint venture 50-50 avec Kidman Resources, acquis par Wesfarmers Chemicals en septembre 2019, développe en Australie de l’Ouest, un projet de mine de spodumène, à Mount Holland, avec une capacité de production prévue, en 2021, de 45 000 t/an d’hydroxyde de lithium et des ressources estimées de 189 millions de t de minerai renfermant 1,50 % de Li₂O.
Le principal producteurchinois est Tianqi Lithium qui possède 51 % de la société Talison Lithium et exploite également, en Chine, le gisement de spodumène de Jiajika, dans la province du Sichuan et a en projet l’exploitation du salar de Zabuye, au Tibet. Par ailleurs, Tianqi Lithium a acquis, en 2018, une participation de 23,77 % dans le capital de la société chilienne SQM. A construit, à Kwinana, en Australie de l’Ouest une usine de production d’hydroxyde de lithium d’une capacité de 24 000 t/an devant être doublée.
Le groupe chinois Jiangxi GanfengLithium exploite le gisement de Mount Marion, au sud de Kalgoorlie, détenu moitié/moitié avec Mineral Resources Limited et est associé 51/49 à la société Lithium Americas dans le projet d’exploitation du salar de Cauchari-Olaroz, dans la province de Jujuy, en Argentine, avec une capacité de production prévue de 40 000 t/an de carbonate de lithium, en 2021 et des réserves prouvées et probables de 281 600 t de lithium contenu.
Livent, société regroupant depuis 2018 les activités de FMC dans le lithium, exploite le « salar » del Hombre Muerto, en Argentine, avec une capacité de production de 18 000 t/an de carbonate de lithium devant être portée à 60 000 t en 2025. Par ailleurs, possède une capacité de production de 25 000 t/an d’hydroxyde. En 2019 les productions ont été de 16 785 t de carbonate, 4 284 t de chlorure, 21 348 t d’hydroxyde, 2 437 t de bultyllithium, 167 t de métal. Détient 7 % du marché mondial.

Commerce international

Principaux pays exportateurs de carbonate de lithium, en 2019, sur un total de 147 320 t :

en tonnes
Chili	84 715	Pays Bas	6 227
Argentine	27 333	Allemagne	2 530
Chine	12 933	Corée du Sud	1 456
Belgique	7 645	États-Unis	1 230

Source : ITC

Les exportations chiliennes sont destinées à 37 % à la Corée du Sud, 21 % au Japon, 20 % à la Chine, 11 % à la Belgique, 5 % à l’Allemagne.

Principaux pays importateurs de carbonate de lithium, en 2019, sur un total de 143 141 t :

en tonnes
Corée du Sud	38 578	Pays Bas	6 874
Chine	29 315	Belgique	6 874
Japon	23 571	Allemagne	5 973
États-Unis	12 816	Canada	1 978
Russie	7 414	France	1 694

Source : ITC

Les importations coréennes proviennent à 74 % du Chili, 23 % de Chine, 3 % d’Argentine.

Recyclage

Le lithium contenu dans les verres et les céramiques est trop dispersé pour être récupéré. Par contre, la récupération de celui renfermé dans les batteries se développe. Par exemple, aux États-Unis, Retriev Technologies a construit une usine de traitement des batteries lithium-ions, entrée en production en 2015, à Lancaster, dans l’Ohio.

En Belgique, à Hoboken, Umicore recycle, par voie pyrométallurgique, les matériaux des batteries au lithium. En France, la société Récupyl, à Domène (38) utilise une voie hydrométallurgique.

Situation française

La situation économique en France pour l’année 2019 est la suivante :

Production

Le gisement de kaolin d’Echassières (03), exploité par Imerys, co-produit des sables (mélange de quartz et de lépidolite) et des roches broyées lithinifères. La production est, en 2009, de 15 000 t/an de sables contenant 1,8 % de Li₂O et 20 000 t/an de roches broyées contenant 0,9 % de Li₂O. Ces produits sont directement utilisés en verrerie et élaboration de tuiles. Cela représente 208 t/an en lithium contenu.

Par ailleurs, des gisements de lépidolite ont été exploités ponctuellement à Montrebras (23) et dans les monts d’Ambazac (87 et 23). Le gisement de Tréguennec (29), inexploité renferme des ressources de 40 millions de t à 0,33 % de Li.

Exportations

Les exportations d’oxyde et hydroxyde s’élèvent à 143 t, vers principalement les pays suivants :

à 41 % l’Allemagne,
à 20 % l’Italie,
à 14 % la Belgique,
à 12 % la Suisse.

Les exportations de carbonate s’élèvent à 625 t, vers principalement les pays suivants :

à 28 % la Belgique,
à 24 % l’Allemagne,
à 13 % l’Italie,
à 13 % le Royaume-Uni.

Importations

Les importations d’oxyde et hydroxyde s’élèvent à 6 905 t. Elles proviennent principalement des pays suivants :

à 94 % des Pays Bas,
à 2 % de Chine,
à 1 % d’Allemagne.

Les importations de carbonate s’élèvent à 1 694 t. Elles proviennent principalement des pays suivants :

à 34 % du Chili,
à 33 % d’Argentine,
à 10 % d’Allemagne,
à 7 % du Japon.

Utilisations

Consommations

La consommation mondiale, en 2019, est de 307 000 t en équivalent de carbonate de lithium, en 2016, à 40 % en Chine, 21 % en Europe, 11 % au Japon, 11 % en Corée du Sud, 8 % en Amérique du Nord.

Secteurs d’utilisation

Les secteurs les plus utilisateurs de lithium dans le monde, en 2019, sont les suivants :

Batteries et piles	65 %	Caoutchoucs, thermoplastiques	3 %
Verres, céramiques	18 %	Coulée continue	3 %
Graisses lubrifiantes	5 %	Traitement de l’air	1 %

Source : USGS

En 2016, 86 % des utilisation ont été sous forme de composés simples du lithium (carbonate, hydroxyde, chlorure…) et 14 % directement sous forme de concentrés miniers, principalement dans les industries verrières et céramiques.

Dans les piles et batteries, le lithium est employé dans 2 types de piles (classique sous forme, en général « bouton » et thermique) et 2 types de batteries (lithium-ion et lithium-métal-polymère). Les principales qualités du lithium sont sa faible masse volumique (0,534 g/cm³ pour le métal) et son potentiel électrochimique fortement négatif (le potentiel standard du couple Li⁺/Li est de -3,04 V).

Dans les piles « bouton » au lithium, le lithium est sous forme métallique avec une quantité d’environ 0,09 g/pile.
Les piles thermique peuvent être stockées sans entretien et peuvent réagir instantanément lorsque l’électrolyte solide fond par chauffage. Ces piles pouvant fonctionner dans des environnements sévères ont surtout des application militaires et spatiales, dans les sièges éjectables d’avions, par exemple. La société française ASB-Group, avec une usine à Bourges (18) est le n°2 mondial pour ce type de pile, avec une production de 60 000 piles/an.
Les batteries lithium-ion sont constituées d’une cathode, en général formée d’un oxyde mixte de lithium, principalement LiCoO₂ mais aussi LiMn₂O₄, LiNiO₂, LiFePO₄…, d’un électrolyte constitué de fluorophosphate de lithium (LiPF₆), fluoroborate ou chlorate de lithium, dissous dans un solvant organique (carbonate d’éthylène, diméthyl ou diéthyl carbonate), d’un séparateur perméable aux ions Li⁺ et d’une anode généralement en graphite. Lors de la charge, les ions Li⁺ de la cathode viennent s’intercaler entre les feuillets du graphite. Lors de la décharge, ils circulent en sens inverse.
La consommation des piles lithium-ion est en plein développement avec des applications dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et surtout les véhicules électriques ou hybrides. C’est dans ce secteur que le lithium est utilisé avec le plus de profit du fait de la puissance électrique élevée délivrée par unité de masse.
En 2016, la capacité mondiale de production de batteries lithium-ions est de 27,9 GWh avec 16,4 GWh en Chine, 10,5 GWh en Corée du Sud, 1,0 GWh aux États-Unis. Avec les projets de constructions en cours, en 2020, avec 173,5 GWh, la Chine devrait représenter 62 % des capacités, les États-Unis, avec Tesla, 22 %, la Corée du Sud, 13 % et la Pologne 3 %.
Les batteries lithium-métal-polymère, sont constituées d’une anode en lithium métallique, d’un électrolyte solide de polyoxyéthylène renfermant des sels de lithium et d’une cathode en oxyde de vanadium ou phosphate de fer, carbone et polymère. Elle est industrialisée par le groupe Bolloré dans ses usines Blue solutions à Ergué-Gabéric, près de Quimper (29), en France, détenue à 80 % avec EdF et à Boucherville, dans la province du Québec, au Canada. Ces batteries équipaient les véhicules électriques Bluecar du réseau Autolib’ de Paris. Elles présentent l’avantage d’être solide et de ne pas risquer d’exploser mais l’inconvénient d’avoir un fonctionnement optimal à 85°C.

Consommation de lithium, en 2014, dans des batteries

Appareils	Nombre d’unités, en millions	Masse de Li par unité	Masse totale de Li contenu
Smartphones	1 200	0,9 à 1,3 g	1 320 t
Tablettes	260	3,7 à 5,6 g	1 210 t
Ordinateurs portables	170	6,6 à 8,5 g	1 280 t
Outils portables	65	7,5 à 11,3 g	610 t
Véhicules hybrides	1,8	0,9 kg	1 690 t
Véhicules électriques	0,3	7,5 à 15 kg	3 380 t
Batteries stationnaires		0,3 t	190 t

Source : Albemarle

Dans les verres, l’oxyde de lithium diminue la température de fusion du verre et améliore sa résistance chimique. Sa teneur est, en général, comprise entre 0,1 et 0,25 %. Dans les fibres de verre, elle atteint de 0,2 à 0,7 %. Il est introduit à 58 % sous forme de minéraux (spodumène, lépidolite, pétalite) ou, à 42 %, sous forme de carbonate de lithium. En 2008, la consommation mondiale dans cette application a été de 2 810 t de Li.

Dans les céramiques, l’ajout d’oxyde de lithium abaisse la température de cuisson des produits. En 2008, la consommation a été de 3 200 t de Li, 57 % sous forme de concentrés miniers, 43 % sous forme de carbonate de lithium.

Le coefficient de dilatation thermique du spodumène est négatif, alors que celui des verres est positif. Une dispersion de cristaux de spodumène au sein d’une phase vitreuse (avec une concentration de l’ordre de 10¹⁶ cristaux/cm³), permet d’obtenir un coefficient de dilatation nul permettant de résister aux chocs thermiques ou pouvant être ajusté avec celui d’un support métallique. Ceci est à la base de la conception des vitrocéramiques utilisées à 90 % sous forme de plaques de cuisson. En 2008, la consommation de ce secteur a été de 1 750 t, à 69 % sous forme de concentrés miniers et 31 % sous forme de carbonate de lithium.
Il existe aussi des vitrocéramiques sans lithium, ce dernier étant remplacé par des composés de magnésium ou du baryum.

Les graisses lubrifiantes sont utilisées, par exemple, dans des roulements. Elles sont constituées d’huile et de savons métalliques, principalement de lithium, obtenus par réaction entre l’hydroxyde de lithium et un acide gras. Elles contiennent de 0,2 à 0,3 % de Li. En 2014, la consommation dans ce secteur a été de 3 366 t de lithium.

L’ajout de carbonate de lithium ou de concentrés miniers dans les bains de fusion permet d’améliorer leur fluidité et de préparer directement à partir du métal en fusion, divers profilés, par coulée continue.

Dans l’industrie des caoutchoucs synthétiques (élastomères styrène-butadiène (SBR), caoutchoucs polybutadiène (BR), copolymères styrène-blocs (SBC)), le lithium est utilisé sous forme de butyllithium (C₄H₉Li) afin de catalyser leur polymérisation. La consommation est de 0,3 kg de butyllithium/t de solution styrène-butadiène, 0,14 kg/t de butadiène.

Pour le traitement de l’air, les composés du lithium peuvent remplir 3 fonctions :

Refroidissement par absorption à l’aide d’une solution saturée de bromure de lithium (LiBr), refroidissement qui utilise une source de chaleur, par exemple dans les réfrigérateurs à gaz ou pétrole, au lieu d’un compresseur fonctionnant à l’électricité pour les systèmes classiques. Cette utilisation a consommé 1 045 t de Li, en 2008.
Déhumidification : à l’aide de chlorure de lithium, qui représente 10 % du marché, avec une consommation, en 2008, de 270 t de Li.
Purification de locaux clos (capsules spatiales, sous-marins) : par élimination du dioxyde de carbone, à l’aide d’hydroxyde de lithium selon la réaction :

2 LiOH + CO₂ = Li₂CO₃ + H₂O

La consommation dans ce secteur reste limitée, avec 5 t, en 2008.

Dans la métallurgie de l’aluminium l’ajout, jusqu’à 5 %, de carbonate ou de chlorure de lithium dans le bain de cryolithe permet de former du fluorure de lithium qui abaisse la température de fusion et limite les émissions de difluor. En 2007, 12 % de la production mondiale d’aluminium utilisait de tels bains, principalement en Europe et en Amérique du Nord.

L’ajout de 1 % de lithium dans l’aluminium, permet de diminuer sa masse volumique de 3 % et d’augmenter son module élastique de 6 %. Les alliages produits contiennent de 1,1 à 3,8 % de Li. En France, Constellium produit de tels alliages à Issoire (63) et Montreuil-Juigné (49). Un Airbus A380 contient 13,4 t d’alliages Al-Li soit 5 % de la masse de l’appareil, l’Airbus A350 devrait en contenir 40,3 t soit 23 % de la masse totale.

Utilisations diverses

Utilisé, en pharmacie, dans les troubles bipolaires.
Utilisé en électronique sous forme de niobate et tantalate de lithium.
L’isotope ⁶Li est extrait du lithium naturel qui en contient 7,5 %. Il est utilisé pour produire du tritium ³H, par bombardement de neutrons selon la réaction :

⁶Li + ¹n = ⁴He + ³H

Le tritium, de période 12,32 années, est utilisé dans la fusion nucléaire entre le deutérium et le tritium, principe de fonctionnement de la bombe atomique H ou du programme ITER.

En pyrotechnie, sous forme de nitrate, il donne une couleur rouge.

Bibliographie

J.F. Labbé et G. Daw (2012) – Panorama 2011 du marché du lithium. Rapport public. BRGM/RP – 61340 – FR. 154p., 51 fig., 29 tab.
T.G. Goonan, « Lithium use in batteries« , circular 1371, USGS, 2012.
D. Bradley and B. Jaskula, « Lithium – For harnessing renewable energy« , Facts sheet 2014-3035, USGS, avril 2014.
B. Gourcerol, « Quelle place pour l’Europe dans le marché du lithium ?« , MineralInfo, juillet 2018.

Cadmium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
48	112,41 g.mol^-1	[Kr] 4d¹⁰ 5s²	hexagonale compacte de paramètres a = 0,2979 nm et c = 0,5619 nm	156,8 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
8,642 g.cm^-3	2	320,9°C	765°C	13,8.10⁶ S.m^-1	96,8 W.m^-1.K^-1	insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	pK_a : Cd_aq²⁺ /CdOH_aq⁺	E° : Cd²⁺ + 2e = Cd_(s)	E° : Cd²⁺ + (Hg) + 2e = Cd(Hg)_(s)	pK_s : CdCO₃	pK_s : Cd(OH)₂	pK_s : CdS	pK_s : Cd(IO₃)₂
1,69	9	-0,40 V	-0,35 V	11,3	13,5	27,7	7,5

Données thermodynamiques

Cadmium alpha :

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 51,8 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : C_p° = 26 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 6,1 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 99,9 kJ.mol^-1

Cadmium gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 112 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 77,5 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 167,7 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : C_p° = 20,8 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 0,15 ppm.

Il n’existe pas de minerai de cadmium en quantités exploitables.

Le cadmium est principalement associé au zinc dans les minerais de zinc, avec une teneur en Cd comprise entre 0,01 et 0,05 % et de 0,2 à 0,3 % dans les concentrés de minerai. Il est donc co-produit de la métallurgie du zinc qui donne de 1,8 à 6 kg de cadmium par tonne de zinc élaboré et en moyenne 3 kg/t de Zn. Sa production est en conséquence proportionnelle à celle du zinc.

Le cadmium est également présent dans des minerais de plomb et de cuivre, ainsi que dans des phosphates naturels (34 ppm pour les phosphates jordaniens, 380 ppm pour les phosphates tunisiens). Dans ce dernier cas, divers procédés de décadmiage peuvent être mis en œuvre.

Métallurgie

La métallurgie du cadmium est une activité industrielle connexe à celle du zinc. Dans tous les cas, une partie du cadmium est récupérée par filtration du gaz provenant du grillage des concentrés miniers (voir le chapitre consacré au zinc).

Lors de la pyrométallurgie du zinc : le cadmium restant est récupéré lors du raffinage du zinc. L’éponge de cadmium obtenue est raffinée thermiquement par fusion, à 450°C, en présence de soude pour éliminer Zn et Pb sous forme de zincate et plombate puis par distillation à 770°C.

Lors de l’hydrométallurgie du zinc, le cadmium restant est en solution (0,2 à 0,3 g de Cd²⁺/L) dans le bain destiné à l’électrolyse du zinc. Avant celle-ci, il est récupéré, avec le cuivre présent, par cémentation à l’aide de zinc. On obtient des « boues bleues » contenant environ 6 % de cadmium et 15 % de cuivre qui sont ensuite attaquées à l’aide d’acide sulfurique. Le cadmium passe en solution alors que le cuivre reste inattaqué. Les ions Cd²⁺ sont à nouveau réduits en métal par cémentation par le zinc. Le raffinage a lieu soit par briquetage du cément de cadmium-zinc et distillation (les températures d’ébullition, à la pression atmosphérique, sont de 767°C pour Cd et 907°C pour Zn), soit par lixiviation à l’acide sulfurique et électrolyse avec anode en plomb et cathode en aluminium.

Recyclage

En 2016, le taux de recyclage, est estimé, à l’échelle mondiale, à 20 %, principalement à partir des accumulateurs Ni-Cd, qui sont pratiquement à 100 % recyclables. Le cadmium est facilement récupéré, essentiellement par pyrométallurgie, du fait de sa température peu élevée d’ébullition, 767°C sous une atmosphère. Des procédés hydrométallurgiques de recyclage sont aussi utilisés.

Dans l’Union européenne :

La société française SNAM (Société Nouvelle d’Affinage de Métaux), filiale du groupe belge Floridienne, a produit, à Viviez (12) et Saint Quentin Fallavier (38), en 2013, 360 t de cadmium recyclé, représentant 50 % du marché de l’Union européenne.
La société Eurodieuze Industries, filiale de Veolia, située à Dieuze (57) met en œuvre un procédé hydrométallurgique.
Saft, filiale de Total, recycle ses batteries Ni-Cd dans son usine d’Oskarshamn, en Suède.
La société Accurec, recycle par pyrométallurgie les métaux des batteries Ni-Cd, dans son usine de Mülheim, en Allemagne.

Aux États Unis :
La société Retriev Technologies, recycle par pyrométallurgie des batteries Ni-Cd, à Lancaster dans l’Ohio.

Productions

En 2019. Monde, hors États-Unis : 25 000 t, Union européenne, en 2016 : 1 770 t.

en tonnes de Cd raffiné
Chine	8 200	Mexique	1 400
Corée du Sud	5 000	Pays Bas	1 100
Japon	1 900	Russie	1 000
Canada	1 600	Pérou	770
Kazakhstan	1 400

Source : USGS

Depuis 2011, la production des États-Unis est confidentielle.

Commerce international : en 2019.

Principaux pays exportateurs sur un total de 17 374 t :

en tonnes
Corée du Sud	3 688	Émirats Arabes Unis	932
Chine	1 858	Pays Bas	925
Canada	1 528	Ouzbékistan	855
Japon	1 516	Pérou	786
Kazakhstan	1 161	Hong Kong	690

Source : ITC

Les exportations de la Corée du Sud sont destinées à 41 % à l’Inde, 41 % à la Chine, 17 % à Hong Kong.

Principaux pays importateurs sur un total de 17 131 t :

en tonnes
Inde	7 878	Vietnam	716
Chine	4 055	États-Unis	405
Belgique	1 439	Russie	326
Suède	959	Espagne	175
Hong Kong	732	France	143

Source : ITC

Les importations de l’Inde proviennent à 19 % de Chine, 14 % de Corée du Sud, 12 % des Émirats Arabes Unis, 11 % du Japon.

Producteurs : les principaux producteurs sont les producteurs de zinc ainsi que les sociétés recyclant les batteries Ni-Cd.

En Corée du Sud, les principaux producteurs sont :

Korea Zinc, à Onsan, avec une capacité de production de 3 000 t/an.
Young Poong, à Sukpo, avec une capacité de production de 1 750 t/an.

Au Japon, les principaux producteurs sont :

Mitsui Metal Mining Company, à Hachinohe et Kamioka.
Dowa Metals and Mining, à Akita.
Sumitomo Metal and Mining, à Harima.
Toho Zinc, à Annaka.

Au Canada, la production est assurée par Teck, à Trail, en Colombie Britannique, avec une capacité de production de 1 400 t/an.

Au Mexique, les principaux producteurs sont :

Industrias Peñoles, à Torreón, avec une production de 600 t, en 2019.
Grupo México, à San Luis de Potosi, avec une production de 609 t, en 2019.

Au Kazakhstan, la production est assurée principalement par Kazzinc, détenu à 69,7 % par Glencore, à Ust-Kamenogorsk.

En Russie, la production est principalement assurée par Chelyabinsk Zinc Plant OJSC et Ural Mining and Metallurgical Company.

Au Pérou, la production est principalement assurée par Nexa, à Cajamarquilla.

Aux États-Unis, la production primaire est assurée par Nyrstar avec son usine de Clarksville dans le Tennessee.

Aux Pays Bas, la production est réalisée par Nyrstar, à Budel.

En Pologne, la production est assurée par Huta Cynku, dans la raffinerie de Miasteczko Slaskie.

En Inde, la production est principalement réalisée par Hindustan Zinc, filiale de Vedanta, à Chanderiya et Debari, avec une capacité de production de 718 t/an.

Réserves : dans le monde, en 2013 : 500 000 t.

en tonnes
Chine	92 000	Inde	35 000
Australie	61 000, en 2011	États-Unis	32 000
Pérou	55 000	Kazakhstan	30 000
Mexique	47 000	Canada	23 000
Russie	44 000	Pologne	16 000

Source : USGS

Les réserves de cadmium sont estimées à partir de celles de zinc sur la base d’un rapport de 1 pour 200 à 400.

Situation française

En 2019.

Production : la France n’a plus de production minière de cadmium depuis la fermeture, en décembre 1993, du gisement de zinc-germanium-argent de Saint-Salvy (81). La production provient principalement du recyclage de batteries Ni-Cd.

Commerce extérieur :

Exportations :

Métal brut : 629 t vers la Belgique à 51 %, l’Inde à 47 %.
Oxyde de cadmium : 24 t vers l’Allemagne à 5 %, le Canada à 4 %.

Importations :

Métal brut : 143 t de Chine à 54 %, de Belgique à 43 %.
Oxyde de cadmium : 95 t de Chine à 89 %, de Belgique à 7 %.

Utilisations

Consommations : en 2011, en t. Monde : 16 200 t.

en tonnes
Chine	5 350		Japon	1 800
Belgique	5 200

Source : USGS

La seconde place de la Belgique est liée à la présence de l’usine Flaurea Chemicals, située à Ath, dans le Hainaut, reprise, en 2014, par le groupe Aurea. Cette usine, importe du cadmium dont celui recyclé par la société SNAM, pour le transformer en différents sels ou poudres qui sont ensuite, en grande partie, exportés.

Secteurs d’utilisation : en 2011, dans le monde.

Batteries Cd-Ni	86 %		Galvanoplastie	4 %
Pigments	9 %

Source : USGS

Utilisations diverses :

Accumulateurs (batteries rechargeables) Ni-Cd :
La matière constituant l’anode est un mélange pulvérulent d’hydroxyde de nickel et de graphite. La matière active de la cathode est constituée d’hydroxyde de cadmium mélangé à d’autres substances. Ces matières actives sont déposées sur divers substrats métalliques. L’électrolyte est une solution aqueuse de KOH à 6 à 8 moles/L. Les réactions suivantes se produisent :

A l’électrode positive :

NiOOH + H₂O + e = Ni(OH)₂ + OH^–avec E° = 0,49 V

A l’électrode négative :

Cd + 2OH^– = Cd(OH)₂ + 2e avec E° = – 0,809 V

Les batteries Ni-Cd portables (grand public) sont interdites dans l’Union européenne depuis la promulgation de la directive 2006/66/CE, avec quelques exemptions régulièrement réévaluées par la Commission européenne. Elles ne sont plus fabriquées dans l’Union européenne et sont exclusivement importées d’Asie. Depuis le 1^er janvier 2017, dans l’Union européenne, toute utilisation de batteries Ni-Cd dans les outils sans fil est interdite.
Cependant, les batteries Ni-Cd industrielles restent la solution préférée dans les applications de secours pour lesquelles leurs caractéristiques de fiabilité et de robustesse mécanique (résistance aux chocs), thermique (large plage de température d’utilisation) et électrique (forte résistance aux abus électriques : en cas de surcharge ou décharge profonde) sont indispensables. C’est à ce titre qu’elles sont la solution de référence pour le secours électrique dans les matériels de transport publics (aéronautique, ferroviaire), des équipements médicaux, certains matériels industriels sensibles ainsi que les matériels de réseau (ex : stations de base de réseaux télécom dans les zones mal desservies et à climat rigoureux), et ce malgré un prix bien supérieur à la technologie standard plomb/acide.
Enfin, les caractéristiques électrochimiques de ces batteries leur permettent de faire l’objet d’une maintenance préventive par un suivi de leur vieillissement, elles échappent ainsi au phénomène de mort subite, inacceptable dans des applications de secours.
Ces batteries font l’objet d’une obligation de collecte et de recyclage à la charge des producteurs au titre de la directive 2006/66/CE. Ainsi, une fraction importante des matériaux utilisés dans la fabrication de nouvelles batteries est issue de batteries Ni-Cd usagées collectées et recyclées.

Les pigments à base de sulfure de cadmium, jaune avec CdS, rouge avec Cd(S,Se) ou orange par mélange des précédents ont été utilisés à grande échelle dans les matières plastiques (gilets de sauvetage, casques de chantiers), verres, céramiques. Le jaune des tournesols de Van Gogh est donné par le sulfure de cadmium.
La Communauté européenne a adopté une directive qui n’interdit pas l’emploi des pigments de cadmium, mais restreint leur utilisation aux cas pour lesquels ils ne peuvent être remplacés, en particulier dans des polymères.
Les pigments à base de sulfure de cadmium sont remplacés par des pigments à base de sulfure de cérium.
Cadmiage : le cadmium est inaltérable à l’air et a un bon comportement en milieu marin. Le cadmiage est effectué par électrolyse. Utilisé, en particulier, pour protéger les rivets d’assemblage en aéronautique.
Alliages à bas point de fusion, pour brasures de conducteurs électriques (Ag : 50 %, Cd : 18 %, Zn : 16 %, Cu : 15 %), pour fusibles (Bi : 50 %, Pb : 27 %, Sn : 13 %, Cd : 10 %, fond à 70°C).
Le cadmium a un fort pouvoir d’absorption des neutrons thermiques.
Des cellules photovoltaïques sont en tellurure de cadmium.
Les sels de cadmium, principalement sous forme de stéarates et laurates, ont été longtemps utilisés comme stabilisant du PVC. Ils ne sont plus utilisés, dans l’Union européenne à 15, depuis 2001 et 2007 pour l’UE à 27. La teneur en cadmium dans le PVC destiné à la construction doit être inférieure à 0,1 %, sa présence étant due à l’emploi de PVC recyclé.

Toxicité et pollution

Toxicité, d’après les fiches de l’INERIS : les principaux risques d’intoxication par le cadmium sont actuellement liés aux expositions prolongées et à de faibles doses.
Les intoxications par le cadmium résultent d’une absorption par voies respiratoires ou digestives. L’absorption dépend de la solubilité des sels, par inhalation elle varie de 10 % pour le sulfure à 90-100 % pour le chlorure ; par voie digestive l’absorption est de 5 %. L’absorption par voie digestive de plus de 0,9 g ou par voie respiratoire de poussières à des concentrations supérieures à 200 mg/m³ peut entraîner des troubles graves. En France, la valeur limite d’exposition est fixée à 0,05 mg/m³, pour les fumées d’oxyde.
Transporté par l’hémoglobine, le cadmium se concentre préférentiellement, à 50-70 %, dans le foie et les reins, mais aussi dans le pancréas, la thyroïde, les testicules et les glandes salivaires. Dans les tissus, le cadmium se fixe sélectivement sur des protéines, les métallothionéines. La demi-vie du cadmium est de 20 à 30 ans dans le rein et de 30 jours dans le sang.
Dans le rein, la fixation du cadmium, entraîne des néphropathies irréversibles, une perte anormale de protéines par les urines (protéinurie), caractéristiques des insuffisances rénales.
Le cadmium se fixe également dans le squelette, par substitution du calcium de l’apatite, constituant minéral des os, donnant de l’ostéoporose avec des douleurs osseuses intenses observées lors de la maladie « d’itaï-itaï » survenue dans les années 50, au Japon, après consommation de riz contaminé.
L’intoxication chronique par le cadmium se traduit également par des cancers pulmonaires et prostatiques.

Sources de pollution : d’après les données du CITEPA, les émissions atmosphériques de cadmium ont été, en 2019, en France, de 2,6 tonnes, en diminution constante depuis 1990 où elles étaient de 21 t. L’origine des émissions est principalement dans la combustion de combustibles minéraux solides, de fioul lourd et de biomasse. La répartition est la suivante, en 2018 :

Industrie manufacturière	42 %	Agriculture	12 %
Transport	19 %	Résidentiel	8 %
Énergie	13 %	Déchets	6 %

Source : CITEPA

En France, en milieu urbain, la concentration atmosphérique en cadmium est comprise entre 1 et 10 ng/m³. Elle est comprise entre 0,1 et 0,5 ng/m³ en milieu rural. Dans l’Union européenne, les émissions par les volcans sont de 15 t/an avec une concentration de 30 µm/m³ près de l’Etna. La valeur limite proposée par l’OMS est de 5 ng/m³. En milieu professionnel, la VME est de 50 µg/m³. La consommation de tabac peut représenter jusqu’à 75 % de l’absorption alimentaire humaine quotidienne, 20 cigarettes apportant 2 µg.

En général, la concentration en cadmium des eaux douces est, en France, inférieure à 1 µg/L. La valeur limite pour les eaux de consommation est de 5 µg/L.

La principale origine du cadmium présent dans les organismes humains est l’alimentation et plus particulièrement, les poissons, crustacés, abats, légumes et céréales. Par exemple, les mollusques bivalves concentrent le cadmium d’un facteur 300 000. Le cadmium est présent dans les céréales et les légumes, son origine réside dans une présence naturelle dans les sols ainsi que dans les apports d’engrais phosphatés, l’apport de ces engrais étant de 2 à 6 g de Cd/ha/an. Le cadmium se concentre alors principalement dans les feuilles des plantes (salades, choux mais aussi tabac)… A noter que la tabagie est la source majoritaire d’absorption du cadmium chez les fumeurs.

Bibliographie

Le cadmium en « questions », Collectif pour l’étude du cadmium, 30 Av de Messine, 75008 Paris.
« Cadmium review« , Nordic Council of Ministers, janvier 2003.
« Final review of scientific information on cadmium« , UNEP, décembre 2010.
CITEPA, 7 Cité du Paradis, 75010 Paris.
INERIS, Parc Technologique ALATA, BP 2, 60550 Verneuil-en-Halatte.
L’Actualité Chimique, janvier, février 1992.
International Cadmium Association (ICdA) 168, Av. de Tervuren, Box 4, B-1150 Bruxelles, Belgique.

Béryllium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
4	9,012 g.mol^-1	[He] 2s²	hexagonale de paramètres a = 0,2289 nm et c = 0,3583 nm	113 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau froide	Solubilité dans l’eau chaude
1,848 g.cm^-3	5,5	1 278°C	2 970°C	31,3.10⁶ S.m^-1	201 W.m^-1.K^-1	insoluble	peu soluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	État d’oxydation	pK_a : Be_(aq)²⁺/BeOH_(aq)⁺	E° : Be²⁺ + 2e = Be_(s)	pK_s : Be(OH)₂
1,57	+2	6	-1,85 V	17,7

Données thermodynamiques

Béryllium cristallisé	Béryllium gazeux
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 9,5 J.K^-1mol^-1 Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 9,6 kJ.mol^-1 Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 294,5 kJ.mol^-1 Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 16,4 J.K^-1mol^-1	Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 324 kJ.mol^-1 Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 286,7 kJ.mol^-1 Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 136,2 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 béryllium (Be) de l’écorce terrestre est de 2,8 ppm.

Deux minéraux de béryllium sont exploités industriellement, la bertrandite (Be₄Si₂O₇(OH)₂) aux États-Unis et le béryl (Be₃Al₂Si₆O₁₈), dans des pegmatites granitiques, dans les autres pays. Aux États-Unis, la teneur du minerai de bertrandite exploité est de 0,25 % de Be.

Jusqu’en 1969, début de l’exploitation du gisement de bertrandite des États-Unis par Materion, seuls les gisements de béryl étaient exploités.

Les gisements de béryl sont également exploités pour leurs cristaux d’émeraude, d’aigue-marine… L’émeraude est un béryl, c’est-à-dire un silicoaluminate de béryllium dans lequel une partie des ions Al³⁺ est substituée par des ions Cr³⁺ ou V³⁺.

Productions

Productions minières

Elle est estimée, en 2019, à 260 t de béryllium contenu.

en t de Be contenu
États-Unis	170		Mozambique	15
Chine	70		Brésil	3

Source : USGS

En 2017, la production mondiale de concentrés de béryl, contenant environ 4 % de Be, est estimée à 1 540 t.

Réserves minières

Elles sont peu connues, sauf pour les États-Unis où elles sont évaluées à 20 000 t de Be contenu, en 2019.

Fabrication industrielle

Les minerais de béryl sont concentrés, ceux de bertrandite traités directement par hydrométallurgie.

Aux États-Unis, le minerai de bertrandite et les concentrés de béryl importés sont lixiviés, à chaud, par de l’acide sulfurique. Au préalable, les concentrés de béryl sont fondus à 1650°C trempés dans l’eau et traités à l’acide sulfurique. Seulement 50 à 60 % du Be contenu passant en solution, un deuxième traitement thermique de la pulpe inattaquée vers 900-1000°C, permet d’augmenter le taux de récupération du béryllium à 90-95 %.
La solution de lixiviation contient de 0,4 à 0,7 g de Be/L. Les métaux contenus sont extrait par un solvant organique et ré-extrait par une solution de carbonate d’ammonium, vers 70°C. Après élimination des ions fer et aluminium par précipitation sous forme d’hydroxydes, à 85°C, et filtration, un chauffage à 95°C, entraîne la précipitation du béryllium sous forme de carbonate basique, BeCO₃,Be(OH)₂ qui par chauffage est décomposé en hydroxyde de béryllium Be(OH)₂, appelé glucine. L’oxyde de béryllium BeO, est obtenu par calcination de l’hydroxyde.
Le béryllium métallique, est préparé par électrolyse en sel fondu, en présence de chlorure de sodium, lithium ou potassium. Le béryllium obtenu titre 99,5 %. Sa purification est réalisée par anode soluble, dans un bain de chlorure fondu.

Principaux producteurs

Les principaux producteurs sont :

Materion, qui exploite le gisement de bertrandite des États-Unis. Le gisement, à ciel ouvert, est situé à Spor Mountain, près de Delta, dans le comté de Juab, dans l’Utah. En 2019, la production a été de 163,7 t de béryllium contenu. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2019, de 8,813 millions de t contenant 0,248 % de Be. Le minerai est traité à Delta, dans l’Utah pour produire de l’hydroxyde de béryllium, lui même transformé en alliages de cuivre, en métal et oxyde, à Elmore, dans l’Ohio. A Elmore, la capacité de production de métal de haute pureté est de 73 t/an dont les 2/3 sont destinées au département de la Défense des États-Unis. En 2018, tout l’hydroxyde produit est obtenu à partir de la bertrandite exploitée localement. Le béryllium de haute pureté est préparé plutôt à partir de béryl importé que de bertrandite produite localement car cette dernière renferme plus d’impuretés.
Ulba Metallurgical Plant (UMP), filiale de KazAtomProm, qui produit, au Kazakhstan, divers composés de béryllium, des alliages et du métal, à partir des stocks accumulés, en Russie, avant 1990. En 2016, la production est de 90 t de Be contenu dans les composés fabriqués.

En Chine, en 2015, la production serait de 100 t dont 50 t à partir de minerais importés principalement du Kazakhstan. Les principaux producteurs chinois sont Hunan Shuikoushan Non Ferrous Metals Group dans la région autonome du Xinjiang et Fuyun Hengsheng Beryllium Industry dans la province du Guangdong.

Recyclage et stocks

Le recyclage est estimé de 20 à 25 % de la consommation.

Considéré, aux États-Unis comme un métal stratégique, en 2019, son stock est de 67 t de métal, 7 t de poudre et 1 t de concentré de béryl.

Situation française

Il n’y a plus de production minière. Une faible production de béryl a eu lieu au début du XX^ème siècle, dans les Monts d’Ambazac (87). La présence de béryllium, associé au lithium, est attestée dans quelques sites (voir le chapitre lithium).

Il n’y a plus de production métallurgique depuis 1976. Avant cette date, la société Péchiney avait développé, à Salindres (30) et La Praz (73), une filière complète de production de béryllium.

La mise en forme d’alliages de béryllium est réalisée, à Couëron (44) par le groupe japonais NGK Berylco.

Commerce extérieur : en 2019 pour le béryllium brut et la poudre.

Exportations : 19 kg.
Importations : 62 kg à 100 % des États-Unis.

Utilisations

Consommations

La consommation mondiale, en 2014, était estimée à environ 300 t, dont, en 2019, 180 t aux États-Unis.

En 2011, la consommation européenne était de 30,2 t dont 22,2 t en Allemagne.

Secteurs d’utilisation

Les principaux secteurs utilisateur de Be dans le monde, en 2009, sont :

Télécom et information	51 %		Électronique pour automobile	13 %
Défense et aérospatial	16 %		Composants industriels	12 %

Source : Biz Acumen

Utilisations diverses

La principale utilisation, avec 75 % du total en 2017, est sous forme d’alliages de cuivre, renfermant de 0,15 à 2,6 % de Be. Ces alliages sont utilisés principalement dans des connections électroniques, les circuits intégrés et la fabrication de moules pour injection de matières plastiques. Les alliages Cu-Be sont préparés à partir d’un alliage-maître renfermant 4 % de Be. Après ajustement de la composition souhaitée, l’alliage en fusion est solidifié et maintenu vers 800°C. A cette température l’alliage est monophasé, avec dissolution du béryllium dans le cuivre, à 800°C la solubilité étant d’environ 2 %. Il est malléable et peut être mis en forme facilement. Une trempe permet de conserver un alliage malléable, avec une seule phase, mais avec une solution solide sursaturée car, à la température ambiante, la solubilité du Be dans le cuivre est très faible, inférieure à 0,25 %. Un durcissement structural est obtenu, par un chauffage de revenu, entre 300 et 400°C, qui permet d’accélérer l’obtention d’un état stable avec formation de deux phases, du cuivre renfermant très peu de béryllium et un précipité intermétallique du type CuBe.

Les autres utilisations sont les suivantes :

Les alliages avec l’aluminium sont employés dans l’aéronautique et le spatial du fait de la faible densité du béryllium et de la dureté des alliages formés. Ces alliages sont également obtenus par durcissement structural.
Les alliages avec le nickel sont employés dans des contacteurs thermo-sensibles utilisés, par exemple, dans le déclenchement des airbags.
Des alliages nickel-chrome ou nickel-cobalt contenant du béryllium sont employés dans des prothèses dentaires. Mais dans cette application la teneur en béryllium est actuellement limitée à 0,02 %.
Sa faible densité et son bon comportement au polissage le fait utiliser comme matériau de miroirs de télescopes spatiaux.
Dans le domaine spatial, il est utilisé comme matériau de tuyères de moteurs, de gyroscopes…
De faible numéro atomique, il absorbe peu le rayonnement X et pour cela est utilisé comme fenêtre de tubes de production de rayonnement X.
Il est utilisé comme réflecteur de neutrons dans les ogives nucléaires et ralentisseur de neutrons dans les centrales nucléaires.
Le béryllium est prévu comme matériau de couverture du plasma dans le réacteur ITER, en construction à Cadarache.
L’oxyde de béryllium, BeO, isolant électrique, possède une conductibilité thermique élevée, juste après celle du diamant. Il trouve des applications comme support de composants électroniques. Ses propriétés réfractaires le font également utiliser comme matériau de boucliers de rentrée dans l’atmosphère de missiles. En 2017, il représente, dans le monde, 5 % de la consommation de béryllium.

Toxicité

Le béryllium est un métal très toxique et cancérigène. Des teneurs dans l’atmosphère supérieures à 100 µg/m³ peuvent causer des pneumopathies graves, une exposition chronique donnant une maladie professionnelle, la bérylliose. La valeur limite d’exposition est de 2 µg/m³.

Bibliographie

P. Christmann , L. Corbineau , J.F. Labbé et J. Monthel, avec la collaboration extérieure de la Compagnie Européenne d’Intelligence Stratégique (CEIS) (2011) – Panorama mondial 2010 du marché du béryllium. BRGM/RP – 60203 – FR, 60 p., 15 fig., 7 tabl.
BeST (Beryllium Science and Technology Association), rue Belliard 40, 1040 Bruxelles, Belgique.
M.A. Boland, « Beryllium – Important for national defense« , Fact sheet, 2012-3056, USGS, mai 2012.
C. Gayot, A. Renier, « Le cuivre béryllium : un alliage indispensable au quotidien« , Traitement & Matériaux, 454, novembre 2018.

Argent

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
47	107,87 g.mol^-1	[Kr] 4d⁹ 5s²	cubique à faces centrées de paramètre a = 0,4086 nm	144,5 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
10,5 g.cm^-3	2,5	961,93°C	2 212°C	63.10⁶ S.m^-1	429 W.m^-1.K^-1	insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	pK_a : AgOH/AgO^–	pK_a : Ag_(aq)⁺ /AgOH
1,93	12,1	11,7

Potentiels standards :

Ag⁺ + e = Ag_(s)	E° = 0,80 V
Ag²⁺ + e = Ag⁺	E° = 2,00 V
Ag₂O_3(s) + H₂O + 2e = 2AgO_(s) + 2OH^–	E° = 0,74 V
Ag₂O_(s) + 2H⁺ + 2e = 2Ag_(s) + H₂O	E° = 1,17 V
Ag₂O_(s) + H₂O + 2e = 2Ag_(s) + 2OH^–	E° = 0,34 V
Ag₂O_3(s)+ 2H⁺ + 2e = 2AgO_(s) + H₂O	E° = 1,71 V
Ag₂O_3(s)+ 6H⁺ + 4e = 2Ag⁺ + 3H₂O	E° = 1,76 V
2AgO_(s) + 2H⁺ + 2e = Ag₂O_(s) + H₂O	E° = 1,40 V
2AgO_(s) + H₂O + 2e = Ag₂O_(s) + 2OH^–	E° = 0,60 V

Produits de solubilité :

AgCN	pKs = 15,9
AgSCN	pKs = 12
Ag₂CO₃	pKs = 11,1
Ag₂S	pKs = 49,2
Ag₂SO₄	pKs = 4,8
Ag₃PO₄	pKs = 16
AgCl	pKs = 9,7
AgBr	pKs = 12,3
AgI	pKs = 16,1
AgIO₃	pKs = 7,5
Ag₂CrO₄	pKs = 11,9

Données thermodynamiques

Argent cristallisé :

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 42,55 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 : 11,3 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 254,1 kJ.mol^-1

Argent gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 284,9 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 245,8 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 172,9 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 moyenne de l’écorce terrestre est de 0,075 ppm ou g/t.

Les teneurs des minerais exploités varient, en général, de quelques dizaines à quelques centaines de g/t. Dans ses minerais, l’argent est souvent associé, dans des sulfures, au cuivre, au plomb, au zinc ainsi que parfois au bismuth et à l’antimoine. Il accompagne toujours l’or dans ses gisements.

En 2019, 32 % de la production minière mondiale d’argent provient de mines de plomb-zinc, 23 % de mines de cuivre et 16 % de mines d’or. 29 % seulement de la production provient de mines extrayant principalement l’argent.

Par exemple, en 2019, Codelco (Chili), premier producteur mondial de cuivre, avec 1,706 million de t, a produit également comme co-produit de l’exploitation du cuivre, 22 353 t de molybdène, 556 t d’argent et 2,4 t d’or.

Productions minières

En 2019. Monde : 26 018 t, Union européenne (principalement en Pologne et en Suède) : 1 866 t.
Les valeurs données traditionnellement en millions d’once troy ont été converties en tonnes avec 1 once troy = 31,103477 g.

en tonnes d’argent contenu
Mexique	5 919	Pologne	1 250
Pérou	4 211	Chili	1 188
Chine	3 443	Bolivie	1 157
Australie	1 334	Argentine	1 082
Russie	1 319	États-Unis	980

Source : The Silver Institute

Au total, jusqu’en 2018, il a été extrait du sol, dans le monde, 1,63 million de t d’argent dont 61 % depuis 1940.

Principales mines d’argent exploitées : d’après leur production de 2019.

en tonnes d’argent contenu
KGHM (Pologne)	1 250	Sindesar Khurd (Inde)	435
Dukat (Russie)	600	San Juliàn (Mexique)	405
Saucito (Mexique)	534	Fresnillo (Mexique)	404
Peñasquito (Mexique)	493	Cannington (Australie)	383
Antamina (Pérou)	465	Chuquicamata (Chili)	239

Sources : The Silver Institute et rapport des sociétés

KGHM exploite 3 mines souterraines dans le sud-ouest de la Pologne, à Lubin, Polkowice-Sieroszowice et Rudna.
La mine souterraine de Dukat, exploitée par Polymetal, est située dans la région de Magadan, en Sibérie orientale. Son exploitation a débuté en 2000 et devrait durer jusqu’en 2026. 1,658 million de t de minerai ont été extraites en 2019, renfermant 253 g/t de Ag et 0,5 g/t d’or. La production a été de 600,3 t d’argent et 0,852 t d’or. Les réserves prouvées et probables sont de 7,4 millions de t de minerai renfermant 258 g/t de Ag et 0,5 g/t d’or.
La mine souterraine de Saucito, dans l’État de Zacatecas, au Mexique, exploitée par le groupe mexicain Fresnillo, a traité, en 2019, 2,753 millions de t de minerai et a produit 29 365 t de zinc, 20 764 t de plomb, 533,7 t d’argent et 2,474 t d’or. L’exploitation de cette mine a débuté en 2011. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2019, de 12,993 millions de t contenant 2,22 % de Zn, 1,26 % de Pb, 287 g/t de Ag et 1,20 g/t d’or.
La mine de Peñasquito, dans l’État de Zacatecas, au Mexique, est exploitée, à ciel ouvert, par Newmont. La mine est constituée de deux excavations Peñasco et Chili Colorado. En 2019, la production a été de 493 t d’argent, 4,012 t d’or, 84 823 t de zinc et 48 989 t de plomb. Les réserves prouvées et probables sont de 486,8 millions de t renfermant 0,77 % de Zn, 0,34 % de Pb, 30,1 g/t de Ag et 0,53 g/t de Au.
La mine de zinc d’Antamina, au Pérou, est détenue par Glencore à 33,75 %, BHP-Billiton à 33,75 %, Teck à 22,5 % et Mitsubishi Corporation à 10 %. Elle est située dans la cordillère des Andes entre 4 200 et 4 700 m d’altitude, dans la province de Huari. Le minerai, extrait à ciel ouvert, est concentré puis mis en suspension dans l’eau et envoyé à l’aide d’un minéralduc de 302 km de longueur jusqu’au port de Punta Lobitos situé près de Port Huarmey afin d’être exporté. Le minéralduc de 21 à 25 cm de diamètre est enfoui à 1 m de profondeur. Le trajet dure environ 50 h, avec une capacité de 2,5 millions de t/an. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2019, de 430 millions de t avec 0,95 % de Zn, 0,91 % de Cu, 0,024 % de Mo et 10 g/t de Ag, ainsi que du plomb et du bismuth. En 2019, la production a été de 448 500 t de Cu, 303 300 t de Zn, 3 540 t de molybdène, 7 111 de plomb et 465 t d’argent. La production a débuté en 2001 et devrait se poursuivre jusqu’en 2026.
La mine souterraine de Sindesar Khurd, au Rajasthan, en Inde, est exploitée par Hindustan Zinc, groupe détenu à 64,9 % par Vedanta et 29,5 % par l’État indien. En 2019, l’extraction de 5 millions de t de minerai a donné 160 000 t de zinc, 95 000 t de plomb et 435 t d’argent.
La mine souterraine de San Juliàn, dans l’État de Chihuahua, au Mexique, est exploitée par Fresnillo, en 2 phases. La première, depuis mi-2016, concerne des veines de minerai renfermant des réserves prouvées et probables, fin 2019, de 4,346 millions de t avec 160 g/t de Ag et 1,75 g/t de Au, la deuxième, depuis début 2017, s’intéresse au minerai disséminé avec des réserves de 12 millions de t avec 175 g/t de Ag, 0,11 g/t de Au, 0,49 % de Pb et 1,30 % de Zn. En 2019, la production totale a été de 405 t de Ag, 2,009 t de Au, 22 697 t de Zn et 7 648 t de Pb.
La mine souterraine de Fresnillo, exploitée par le groupe mexicain Fresnillo, a traité, en 2019, 2,462 millions de t de minerai et a produit 31 530 t de zinc, 21 472 t de plomb, 404 t d’argent et 1,625 t d’or. L’exploitation de cette mine se poursuit depuis 1554. Les réserves prouvées et probables sont, fin 2019, de 19,86 millions de t contenant 3,11 % de Zn, 1,52 % de Pb, 234 g/t de Ag et 0,76 g/t d’or.
La mine souterraine, à 650 m de profondeur, de Cannington, dans le Queensland, en Australie, est exploitée par South32 (ex BHP-Billiton). Le gisement, découvert en 1990, a commencé à produire des concentrés de plomb et de zinc en 1997. Au 30 juin 2019, les réserves prouvées et probables sont de 21 millions de t de minerai contenant 5,28 % de Pb, 3,29 % de Zn et 173 g/t de Ag. Le minerai, avec, en 2019, 2,495 millions de t traitées sur place par flottation, donne des concentrés transportés par route sur 187 km puis par voie ferrée sur 750 km jusqu’au port de Townville à l’aide de convois de 45 wagons transportant 3 000 t. Les concentrés de plomb contiennent 3 kg de Ag par tonne de concentré, ceux de zinc, 250 g/t. En 2019, la production a été de 101 400 t de plomb, 51 600 t de zinc et 379,5 t d’argent. La durée de vie de la mine est estimée, au 30 juin 2019, à 13 ans.
La mine de Chuquicamata, au Chili, dans le désert d’Atacama, à 2 800 m d’altitude, est exploitée par Codelco. Après 104 ans d’exploitation à ciel ouvert, en août 2019, a débuté une exploitation souterraine à une profondeur d’un millier de mètres. La production prévue est de 320 000 t/an de cuivre. En 2019, la production a été de 385 309 t de cuivre, 11 493 t de molybdène, 239 t d’argent et 1,307 t d’or. Les réserves prouvées et probables sont de 1 209 millions de t renfermant 0,73 % de Cu.

Commerce international de minerais et de leurs concentrés : en 2019.

Principaux pays exportateurs :

en milliers de t
Pérou	310	Pays Bas	21
Mexique	225	Honduras	10
Bolivie	81	Australie	10
Argentine	38	Cuba	9

Source : ITC

Les exportations du Pérou sont destinées à 93 % à la Chine.

Principaux pays importateurs : sur un total de 717 312 t.

en milliers de t
Chine	575	Pays Bas	19
Corée du Sud	41	Espagne	7
Allemagne	29	Pérou	5
Japon	24	Hong Kong	4

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 43 % du Pérou, 32 % du Mexique, 12 % de Bolivie.

Principaux producteurs : en 2019.

en tonnes d’argent contenu
Fresnillo Plc (Mexique)	1 610	Hindustan Zinc (Inde)	633
KGHM Polska Miedz (Pologne)	1 417	Southern Copper (Mexique)	631
Glencore (Suisse)	996	Buenaventura (Perou)	625
Pan American Silver (Canada)	805	Codelco (Chili)	556
Polymetal (Russie)	671	Hochschild Mining (Pérou)	523

Sources : The Silver Institute et rapports des sociétés

Fresnillo PLC, contrôlée par le groupe Peñoles, exploite, au Mexique, des mines d’argent (Fresnillo, Saucito et San Juliàn, voir ci-dessus) et d’or (Ciénega, Herradura et Noche Buena). En 2019, la mine souterraine d’or de Ciénega a produit 8 986 t de zinc, 5 839 t de plomb, 188 t d’argent et 2,04 t d’or. Celles, à ciel ouvert, de Herradura, 49 t d’argent et 15 t d’or et de Noche Buena, 1,8 t d’argent et 3,95 t d’or.
KGHM exploite 3 mines souterraines dans le sud-ouest de la Pologne, à Lubin, Polkowice-Sieroszowice et Rudna. En 2019, a extrait 29,9 millions de t de minerai contenant 1,50 % de Cu et 48,7 g/t de Ag et produit de 566 000 t de cuivre, 30 000 t de plomb, 1 400 t d’argent, 3,15 t d’or, et en 2016, 81,7 t de sélénium, 8,9 t de rhénium, 174,4 kg de palladium et platine. Le gisement, découvert en 1957, est situé entre 600 et 1380 m de profondeur et occupe une surface de 550 km². La production a commencé en 1968. Fin 2014, les réserves prouvées et probables sont pour Lubin de 339 millions de t de minerai renfermant 0,95 % de Cu et 40 g/t de Ag, pour Polkowice-Sieroszowice de 431 millions de t de minerai renfermant 1,83 % de Cu et 45 g/t de Ag et pour Rudna de 378 millions de t de minerai renfermant 1,68 % de Cu et 51 g/t de Ag. KGHM exploite également des mines au Canada, aux États-Unis et au Chili avec, en 2019, une production de 137 000 t de cuivre, 5 100 t de molybdène, 2 100 t de nickel, 17,0 t d’argent, 2,65 t d’or, platine et palladium.
Glencore (Suisse), coproduit de l’argent dans de nombreux pays.
- Dans des mines de cuivre :
  - au Chili, à Collahuasi détenue à 44 %, avec, en 2019, 89,5 t de Ag,
  - au Pérou à Antamina détenue à 33,75 % avec, en 2019, 147 t de Ag et Antapaccay avec, en 2019, 49 t de Ag,
  - en Australie, à Mount Isa et Cobar, avec 50,2 t d’argent contenu dans des concentrés.
- Dans des mines de zinc :
  - au Kazakhstan, par sa filiale Kazzink détenue à 69,7 %, avec 2,9 t contenues dans des concentrés et 141,4 t de métal,
  - en Australie, à Mount Isa et Mac Arthur River avec 223,7 t contenues dans des concentrés,
  - au Canada, à Kidd, avec 51,5 t contenues dans des concentrés,
  - en Argentine à Aguilar, au Pérou à Los Quenuales, en Bolivie à Sinchi Wayra, avec 214,8 t d’argent contenu dans des concentrés.
- Dans des mines de nickel, au Canada, à Sudbury et Raglan, avec 15,8 t de métal.
Pan American Silver, société canadienne, exploite des mines d’argent et d’or. En février 2019, a acquis les mines d’or de Tahoe Resources (Shahuindo, La Arena, Timmins et Bell Creek).
- Mines d’argent :
  - la mine souterraine de Colorada, dans l’État de Zacatecas, au Mexique, a produit, en 2019, 255 t de Ag, 0,143 t de Au, 20 970 t de Zn et 11 150 t de Pb. Les réserves prouvées et probables sont de 9 millions de t renfermant 331 g/t de Ag, 0,29 g/t de Au, 2,72 % de Zn et 1,50 % de Pb,
  - la mine souterraine et à ciel ouvert de Dolores, dans l’État de Chihuahua, au Mexique, a produit 159 t de Ag et 5,5 t de Au avec des réserves prouvées et probables de 43,7 millions de t renfermant 26 g/t de Ag et 0,84 g/t de Au,
  - la mine souterraine de Huaron, dans la province de Pasco, au Pérou, a produit 118 t de Ag, 0,03 t de Au, 18 070 t de Zn, 9 220 t de Pb et 6 020 t de Cu. Les réserves prouvées et probables sont de 9,9 millions de t renfermant 168 g/t de Ag, 3,01 % de Zn, 1,48 % de Pb et 0,56 % de Cu,
  - la mine souterraine de Marococha, détenue à 92,3 %, dans la province de Yauli, au Pérou, a produit 76 t de Ag, 0,043 t de Au, 22 500 t de Zn, 6 560 t de Pb et 1 830 t de Cu. Les réserves prouvées et probables sont de 6,3 millions de t renfermant 156 g/t de Ag, 3,76 % de Zn, 1,32 % de Pb et 0,35 % de Cu,
  - la mine souterraine de San Vicente, en Bolivie, détenue à 95 %, a produit 110 t de Ag, 0,015 t de Au, 6 010 t de Zn, 420 t de Pb et 850 t de Cu. Les réserves prouvées et probables sont de 1,9 million de t renfermant 396 g/t de Ag, 2,95 % de Zn, 0,37 % de Pb et 0,40 % de Cu,
  - la mine souterraine de Manantial Espejo, en Argentine, a produit 81 t de Ag et 0,967 t de Au. Les réserves prouvées et probables sont de 0,9 million de t renfermant 174 g/t de Ag et 1,6 g/t de Au.
- Mines d’or :
  - la mine à ciel ouvert de Shahuindo, au Pérou, a produit 4,3 t de Ag et 4,5 t d’or. Les réserves prouvées et probables sont de 112,6 millions de t renfermant 6 g/t de Ag et 0,49 g/t de Au,
  - la mine à ciel ouvert de La Arena, au Pérou, a produit 0,8 t de Ag et 3,8 t de Au,
  - la mine de Timmins, au Canada, dans l’Ontario, a produit 0,6 t de Ag et 4,5 t de Au.
Buenaventura, exploite au Pérou des mines d’argent et coproduit de l’argent dans des mines de cuivre, plomb-zinc et or.
- Mines d’argent :
  - Uchucchacua, avec, en 2019, le traitement de 1,335 million de t de minerai renfermant 281,8 g/t de Ag, 1,52 % de Pb, 2,20 % de Zn. La production a été de 331 t de Ag, 17 635 t de Pb et 19 144 t de Zn. Les réserves sont de 10,4 millions de t renfermant 284 g/t de Ag, 1,19 % de Pb, 2,03 % de Zn et 6,42 % de Mn,
  - Julcani, mine souterraine exploitée depuis 1953 lors de la création de la société. En 2019, 123 818 t de minerai ont été extraites pour donner 81 t de Ag, 966 t de Pb, 185 t de Cu. Les réserves prouvées et probables sont de 255 097 t renfermant 654 g/t de Ag, 0,19 g/t de Au, 2 % de Pb, 0,4 % de Cu.
- Mines de cuivre :
  - Cerro Verde est détenue à 53,56 % par Freeport McMoRan, avec une participation de 21 % de Sumitomo, de 19,58 % de Buenaventura. En 2019, exploitée à ciel ouvert, la production a été de 457 600 t de Cu, 12 900 t de Mo et 146 t de Ag. Les réserves prouvées et probables de minerai sont de 4 324 millions de t renfermant 1,89 g/t de Ag, 0,36 % de Cu et 0,01 % de Mo,
  - la mine souterraine de Marcapunta faisant partie du complexe de Colquijirca exploité par la société El Brocal détenue à 61,43 % par Buenaventura a extrait 2,926 millions de t de minerai pour produire 43 394 t de Cu, 43 t de Ag et 0,58 t de Au. Les réserves prouvées et probables sont de 34,5 millions de t de minerai renfermant 36 g/t de Ag, 0,7 g/t de Au et 1,30 % de Cu.
- Mine de plomb-zinc :
  - la mine à ciel ouvert de Tajo Norte faisant partie du complexe de Colquijirca a extrait, en 2019, 3,408 millions de t de minerai pour produire 92,5 t de Ag, 23 599 t de Pb et 43 580 t de Zn. Les réserves prouvées et probables sont de 14,7 millions de t de minerai renfermant 34 g/t de Ag, 1,17 % de Pb et 2,52 % de Zn.
- Mines d’or :
  - la mine souterraine de Tambomayo a extrait, en 2019, 640 914 t de minerai renfermant 5,80 g/t de Au, 141 g/t de Ag, 1,35 % de Pb, 1,99 % de Zn avec une production de 3,1 t de Au, 79,5 t de Ag, 7 603 t de Pb et 9 672 t de Zn. Les réserves prouvées et probables sont de 2,446 millions de t de minerai renfermant 3,75 g/t de Au, 139 g/t de Ag, 1,27 % de Pb et 1,66 % de Zn,
  - la mine souterraine d’Orcopampa a extrait 127 079 t de minerai pour produire 1,3 t de Au et 0,58 t de Ag. Les réserves prouvées et probables sont de 626 300 t renfermant 10,0 g/t de Au et 15,2 g/t de Ag,
  - la mine à ciel ouvert de Tantahuatay, détenue par la Compañía Minera Coimolache dont Buenavenra possède 40,095 %, est exploitée par lixiviation, en 2019, de 13,879 millions de t de minerai oxydé renfermant 0,537 g/t de Au et 10,63 g/t de Ag. La production a été de 5,04 t de Au et 23,5 t de Ag. Les réserves prouvées et probables sont de 66,8 millions de t renfermant 0,343 g/t de Au et 7,976 g/t de Ag,
  - la mine de La Zanja, détenue à 53,06 % est exploitée par lixiviation, en 2019, de 1,578 million de t de minerai qui ont produit 0,979 t de Au et 3,023 t de Ag. Les réserves prouvées et probables sont de 12,9 millions de t de minerai renfermant 0,438 g/t de Au et 8,842 g/t de Ag,
  - la mine de Yanacocha est détenue à 51,35 % par Newmont GoldCorp, avec une participation de Buenaventura de 43,65 % et de Sumitomo de 5 %. Elle est exploitée à ciel ouvert et le minerai est traité par lixiviation. En 2019, la production de la mine a été de 16,4 t de Au et 22,9 t de Ag. Les réserves prouvées et probables sont de 125 millions de t de minerai renfermant 0,87 g/t de Au, 12,7 g/t de Ag et 0,63 % de Cu.

Réserves minières : en 2019. Monde : 560 000 t.

en milliers de t de Ag contenu
Pérou	120	Chine	41
Pologne	100	Mexique	37
Australie	90	Chili	26
Russie	45	États-Unis	25

Source : USGS

Métallurgie

L’extraction de l’argent contenu dans les minerais dépend du type de minerai exploité.

Dans le cas de l’argent contenu dans des minerais de Pb-Zn, l’argent se retrouve dans les concentrés de plomb et de zinc et est récupéré lors des opérations métallurgiques de traitement de ces concentrés. Il en est de même pour l’argent contenu dans des minerais sulfurés de cuivre.

Lors des opérations de purification du plomb, à l’état liquide, l’ajout de zinc (procédé Parkes) se traduit par une dissolution préférentielle de l’argent, du cuivre et de l’or dans le zinc avec, en particulier, formation de l’alliage Ag₂Zn₃ solide qui est récupéré à la surface du bain liquide. Le zinc est ensuite éliminé par chauffage sous vide puis recyclé. Les diverses impuretés sont oxydées à chaud à l’air et ainsi éliminées. Il reste un alliage Ag-Au (doré) qui est traité par électrolyse à anode soluble. Le doré est placé à l’anode, la cathode est en acier inoxydable ou en argent, l’électrolyte est une solution aqueuse de nitrate d’argent et de cuivre en présence d’acide nitrique. Les cristaux d’argent se déposent sur la cathode d’où ils sont récupérés périodiquement, lavés puis fondus et enfin l’argent est coulé en lingots. Les impuretés contenues (Au, Pd, Pt…) restent insolubles et forment des boues anodiques qui sont traitées pour récupérer les métaux contenus.
Lors du traitement hydrométallurgique du zinc, l’argent reste insoluble, avec le plomb, lors de l’opération de lixiviation dans l’acide sulfurique. Ces résidus insolubles sont ensuite traités selon les techniques de la métallurgie du plomb (voir ci-dessus).
L’argent contenu dans les minerais de cuivre se retrouve, lors des opérations métallurgiques, dans le blister qui est ensuite purifié selon le procédé à anode soluble. L’argent et l’or, insolubles, se retrouvent dans les boues anodiques qui après purification donnent par fusion un doré qui est traité par électrolyse (voir ci-dessus).
Dans le cas de l’argent contenu dans des minerais d’or, l’argent est extrait, avec l’or, par cyanuration (voir le chapitre or). Ensuite, au contraire des minerais pauvres en argent pour lesquels l’or est récupéré par adsorption sur du charbon actif, l’argent s’adsorbant mal, la solution de lixiviation est traitée par cémentation à l’aide de poudre de zinc (procédé Merrill-Crowe). L’argent et l’or se retrouvent sur les particules de zinc et le cément ainsi obtenu est traité par un mélange d’acide chlorhydrique et de peroxyde d’hydrogène. L’or et le zinc passent en solution et l’argent, précipitant sous forme de AgCl, est récupéré.

Recyclage et stocks

La production secondaire mondiale est estimée, en 2019, à 5 284 t, soit 17,6 % de la consommation mondiale. Dans l’Union européenne elle est de 1 291 t. Production recyclée par pays :

en tonnes
États-Unis	1 661	Royaume Uni	246
Chine	734	Italie	159
Allemagne	470	Corée du Sud	137
Japon	327	Inde	131
Russie	264	France	96

Source : The Silver Institute

En 2019, l’argent recyclé provient à 59,2 % du secteur industriel, 14,1 % de bijoux, 12,7 % de la photographie, 12,1 % de l’argenterie, 1,8 % de monnaies.

Recyclage en photographie :

Les films et papiers émulsionnés vierges contiennent de 0,5 à 3,5 % de Ag, après exposition et développement : de 2 à 15 g/kg de film. Un fixateur usé contient de 4 à 7 g d’Ag/L.
Lors du développement, l’argent se répartit, pour de la photographie noir et blanc, moitié-moitié entre le film et le fixateur. Dans le cas de la couleur, l’argent passe à 99 % dans le fixateur.

Récupération de l’argent :

Des films et papiers : par brûlage ou par lavage des supports en polyester à l’aide d’une solution bouillante de soude dans l’éthanol. 95 % de l’argent contenu est ainsi récupéré.
Du fixateur : par électrolyse, en continu, au cours de la fixation. Ag se dépose à la cathode. En radiographie, la récupération est de l’ordre de 2,5 g par m² d’émulsion fixée soit pour 100 clichés/jour, 7 kg d’Ag par an. Parallèlement à la récupération de l’argent, de 50 à 80 % du fixateur est régénéré.

Stocks :

Fin 2018, les stocks gouvernementaux sont estimés à 2 771 t. Par exemple, en 2019, aux États-Unis, le stock gouvernemental est de 498 t, celui des industries de 630 t et celui du COMEX, bourse d’échange de New York, de 9 800 t.

L’argent stocké par les particuliers, en Inde, est de 60 000 à 160 000 t. Dans ce pays, il est traditionnel d’offrir, en cadeau de mariage, de l’argent.

Situation française

En 2019.

Production : la production minière est nulle depuis l’arrêt de l’exploitation des mines d’or du Bourneix (87) en 2002 et de Salsigne (11) en 2004.
Le recyclage a porté sur 96,4 t.

Commerce extérieur :
Minerai :

Exportations : 35 t vers les Pays Bas à 46 %, l’Allemagne à 18 %, l’Espagne à 17 %.
Importations : 28 t d’Allemagne à 71 %, des Pays Bas à 25 %.

Argent colloïdal :

Exportations : 43 t vers la Pologne à 67 %, l’Allemagne à 18 %, le Mexique à 10 %.
Importations : 12 t d’Allemagne à 97 %.

Nitrate d’argent :

Exportations : 171 t vers l’Inde à 26 %, l’Espagne à 18 %, l’Indonésie à 15 %, la Belgique à 11 %, l’Allemagne à 9 %.
Importations : 158 t de Belgique à 51 %, du Royaume Uni à 20 %, d’Italie à 15 %, d’Allemagne à 11 %.

Argent en poudre :

Exportations : 190 t vers la Corée du Sud à 38 %, les États-Unis à 36 %, le Mexique à 14 %, la Malaisie à 6 %.
Importations : 101 t des États-Unis à 58 %, de Suisse à 28 %, d’Italie à 9 %.

Utilisations

Consommations : en 2019, dans le monde : 30 848 t, dont dans l’Union européenne, en 2018 : 4 004 t.

en tonnes
États-Unis	8 446	Inde	3 849
Chine	7 147	Allemagne	2 829
Japon	5 780	Italie	968

Source : The Silver Institute

Secteurs d’utilisation :

	Monde 2019	France 2018		Monde 2019	France 2018
Industrie	51,5 %	49,8 %	Pièces et lingots	18,7 %	40,3 %
Bijouterie	20,3 %	10,5 %	Argenterie	6,0 %	0,7 %

Source : The Silver Institute

La consommation industrielle mondiale concerne à 54,6 %, l’électricité et l’électronique, à 18,1 % le photovoltaïque, à 9,2 % la brasure, à 6,1 % la photographie. En France, la part des industries électriques et électroniques est de 76,1 %, celle de la brasure de 7,3 %.
Par exemple, l’industrie automobile a consommé, en 2018, 1 611 t.

Contacts électriques : l’argent utilisé dans ce domaine est le plus souvent mélangé à de l’oxyde de cadmium CdO ou, de plus en plus, de l’oxyde d’étain SnO₂ afin d’absorber l’énergie de l’arc électrique et diminuer les forces de soudure des contacts. Le mélange est préparé soit par oxydation interne (par diffusion de O₂) dans un alliage Ag-Cd, soit par métallurgie des poudres, soit par réduction et coprécipitation à partir d’une solution.
Les écrans plasma de plus de 42 pouces contiennent plus de 30 g d’argent.
Photovoltaïque : plus de 90 % des cellules photovoltaïques renferment de l’argent sous forme d’une couche mince permettant d’extraire le courant de la cellule. La consommation mondiale dans ce secteur a été, en 2019, de 3 069 t, représentant 15 % du coût de revient des panneaux photovoltaïques.
Catalyseur, sous forme d’oxyde d’argent, pour la production d’oxyde d’éthylène et de formaldéhyde. La consommation mondiale destinée à la production d’oxyde d’éthylène est, en 2018, de 169 t, avec un total de 5 048 t immobilisées dans les unités de production d’oxyde d’éthylène. En 2018, les États-Unis ont consommé pour la production d’oxyde d’éthylène 102 t d’argent, la Chine, 36 t, le Mexique 10 t, l’Arabie Saoudite, 9 t…
Photographie et radiographie : une once d’argent (31,1035 g) permet de réaliser 5 000 photographies couleur d’un format standard. Toutefois, face à la concurrence de la photographie numérique, la consommation dans ce secteur est en diminution constante (27 % des utilisations en 1995). Le maximum de consommation dans ce secteur a été atteint en 2000 avec 4,5 milliards de films et 1,76 milliard de m² de papier. En 2003, dans le monde, les ventes d’appareils numériques (hors téléphones portables) ont dépassé celles des appareils traditionnels, argentiques (hors appareils jetables).

Utilisations diverses :

Bactéricide et algicide, l’argent est employé dans la purification de l’eau. Son action bactéricide est telle que les solutions contenant des ions Ag⁺ ne doivent pas être rejetées dans les circuits d’eaux usées car leur présence empêche le fonctionnement des stations d’épuration. On assiste au développement de l’utilisation de pansements imprégnés aux sels d’argent.
Batteries à l’oxyde d’argent.
Élaboration de miroirs : bien que des miroirs soient fabriqués par dépôt sous vide en phase vapeur de divers métaux (Al…), le principe de leur fabrication repose toujours sur le procédé traditionnel utilisé depuis la moitié du XIX^ème siècle. En solution aqueuse de nitrate d’argent, les ions Ag⁺, complexés par l’ammoniac, sont réduits par du formaldéhyde, de l’hydrazine, du glucose ou du tartrate double de sodium et de potassium (sel de Rochelle). Le procédé a été amélioré en pulvérisant sur la surface du miroir une solution de chlorure d’étain qui après rinçage et séchage laisse, adsorbés, à la surface du verre des ions Sn²⁺ qui ont pour fonction d’initier la réduction des ions Ag⁺ en de nombreux points afin de créer un grand nombre de germes de cristallisation de l’argent qui ainsi pourra former une couche continue exempte de défauts. Enfin une fine couche de cuivre est déposée selon le même procédé de réduction d’une solution de sel de cuivre. Le cuivre joue le rôle d’anode sacrificielle afin de protéger l’argent de la corrosion.
Amalgames dentaires : ils sont obtenus par trituration (mélange) à froid d’une poudre (par exemple : Ag : 70 %, Sn : 25 %, Cu : 4 %, Zn : 1 %) avec du mercure (voir le chapitre mercure).
En Inde, l’argent est considéré comme étant aphrodisiaque et bon pour la santé. Il est souvent incorporé sous forme de fines feuilles d’argent dans des sandwichs et bonbons ou le tabac. En moyenne, la consommation, dans ce secteur, est de 30 mg d’Ag/indien/an.

Bibliographie

Pierre Blazy et Yves Jehanne, Recyclage des métaux précieux, Techniques de l’Ingénieur, 2002.
Jean-Louis Vignes et Yves Jehanne, L’hydrométallurgie, BUP n°857 (1), vol. 97 (2003) 1290.
Pierre Blazy et El-Aïd Jdid, Techniques de l’Ingénieur, 2006.
World Silver Survey, The Silver Institute, 1400 I. Street, NW Ste 550, Washington, D.C., 20005, États-Unis.
Refinitiv, 3 Times Square, New York, NY 10036, Etats-Unis.
W.C. Butterman, H.E. Hilliard, Silver, Mineral commodity profiles, USGS, 2004.

Antimoine

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique (coordinence 12)
51	121,76 g.mol^-1	[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³	rhomboédrique de paramètres a = 0,4308 nm et c = 1,1247 nm	159,0 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
6,684 g.cm^-3	3	630,74°C	1 750°C	2,88.10⁶ S.m^-1	24,3 W.m^-1.K^-1	insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	pK_a : HSbO₂/Sb(OH)₄^–	pK_s : SbO(OH)
1,93	11	17,1

Potentiels standards :

Sb₂O_5(s) + 6H⁺ + 4e = 2SbO⁺ + 3H₂O	E° = 0,58 V
Sb₂O₅_(s) + 4H⁺ + 4e = Sb₂O₃_(s) + 2H₂O	E° = 0,69 V
SbO₃^– + H₂O + 2e = SbO₂^– + 2OH^–	E° = -0,59 V
Sb₂O₄_(s)+ 4H⁺ + 2e = 2SbO⁺ + 2H₂O	E° = 0,68 V
Sb₂O₃_(s)+ 6H⁺ + 6e = 2Sb_(s) + 3H₂O	E° = 0,15 V
SbO⁺ + 2H⁺ + 3e = Sb_(s)+ H₂O	E° = 0,21 V
SbO₂^– + 2H₂O + 3e = Sb_(s) + 4OH^–	E° = -0,67 V

Données thermodynamiques

Antimoine cristallisé :

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 45,7 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,2 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 20,1 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 82 kJ.mol^-1

Antimoine gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 262,4 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 222,3 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 180,2 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 0,2 ppm d’antimoine.

L’antimoine, Sb, sous forme sulfurée, Sb₂S₃ ou Pb₂Sb₂S₅, est présent dans les gisements de minerais sulfurés de plomb, de cuivre, d’argent. C’est souvent un co-produit de la métallurgie de ces métaux.

Minerais : les principaux sont sulfurés, sous forme de stibine Sb₂S₃, de jamesonite Pb₂Sb₂S₅, de tétraédrite Cu₁₂Sb₄S₁₃. Des minerais oxydés, valentinite et senarmontite (Sb₂O₃) sont également exploités. Les minerais sulfurés exploités en Chine ont une teneur d’environ 2,7 % de Sb.

L’or, l’argent et le mercure accompagnent souvent l’antimoine dans ses minerais. Les producteurs d’or sont parfois également producteurs d’antimoine, comme par exemple les producteurs russes GeoProMining et Polyus.

Carte des gisements d’antimoine, dans le monde.

Productions minières

En 2019. Monde : 160 000 t.

en tonnes de métal contenu
Chine	100 000	Turquie	3 000
Russie	30 000	Australie	2 000
Tadjikistan	16 000	Iran	600
Bolivie	3 000	Kyrgyzstan	400
Birmanie	3 000	Kazakhstan	300

Source : USGS

Il n’y a pas de production minière d’antimoine dans l’Union européenne.

Depuis 1990, la Chine représente généralement plus de 70 % de la production minière totale d’antimoine. Le gisement chinois le plus important est celui de Xikuangshan, dans la province du Hunan, exploité dans le complexe de Lengshuijiang par Hsikwangshan Twinkling Star, filiale de Hunan Nonferrous Metals Corp., elle même contrôlée par le groupe d’État China Minmetals Corp. Le gisement couvre une surface de 16 km² avec deux couches de 2,5 à 5 m d’épaisseur et une teneur de 4 % de Sb.
Le deuxième plus important producteur chinois et mondial est Hunan Chenzhou Mining, devenu, en 2018, Hunan Gold, filiale du groupe Jie Fu Corp. avec, en 2017, une production de 27 000 t de Sb contenu, 2 300 t de tungstène et 30 t d’or.
La production russe était réalisée ces dernières années par la société GeoProMining, qui exploite en Sibérie orientale, en Yakutia, les mines d’antimoine et d’or de Sentachan avec une capacité de 30 000 t/an de concentrés, Sarylakha avec une capacité de 79 000 t/an de concentrés, Vzbros avec une capacité de 245 000 t/an renfermant 4 % de Sb et 14,8 g/t d’or et Kim avec une capacité de 90 000 t/an renfermant 7,7 % de Sb et 2,7 g/t d’or. Les concentrés produits sont exportés vers la Chine par le port de Magadan avec, en 2019, une production de 6 898 t de Sb contenu.
Depuis 2018, le producteur d’or Polyus a démarré une production de concentrés d’antimoine, sur le site de la mine d’Olimpiada, dans la région de Krasnoyarsk. Les concentrés, avec une production de 121 362 t en 2019, renferment 14 773 t de Sb et 9,875 t d’or. Ils sont expédiés en Chine pour leur traitement. En 2018, Polyus est devenu premier producteur mondial d’antimoine.
Au Tadjikistan, la production, associée à celle de mercure, est réalisée dans le complexe de Anzob Mining and Beneficiation, sur le gisement de Jijikurt, dans la région de Sughd, exploité en joint venture avec 49 % pour la société Comsup Commodities (États-Unis).
En Australie, la mine souterraine d’or-antimoine de Costerfield, dans l’état de Victoria, exploitée par Mandalay Resources, a produit, en 2019, 2 032 t d’antimoine et 475 kg d’or, avec des réserves prouvées et probables de 474 000 t renfermant 3,8 % de Sb et 13,4 g/t d’or. Les concentrés produits sont expédiés en Chine. La mine de Hillgrove, en Nouvelle Galles du Sud, actuellement détenue par Red River a une production intermittente en fonction des cours de l’antimoine. Après avoir fonctionné en 2014-2015, la production a été arrêtée en décembre 2015. Les ressources sont de 3,935 millions de t de minerai contenant 1,3 % de Sb et 4,7 g/t d’or.
La production bolivienne est réalisée à 80 % dans de petites mines et des coopératives. Le groupe St Louis (États-Unis) exploite des mines en Bolivie.
En Turquie, de nombreuses mines sont exploitées avec en particulier la société Ozdemir Antimuan Madenleri, qui exploite la mine souterraine de Turhal et le groupe Cengiz Holding, celle de Haliköy dans la province d’Izmir.

Commerce international : en 2019.

Principaux pays exportateurs sur un total mondial de 84 379 t de minerais et concentrés.

en tonnes de minerais et concentrés
Tadjikistan	29 366	Thaïlande	3 624
Russie	21 769	Canada	3 220
Birmanie	10 745	Chine	2 194
Australie	8 072	Bolivie	1 789

Source : ITC

Les exportations du Tadjikistan sont destinées à 93 % à la Chine, 7 % aux Pays Bas.

Principaux pays importateurs sur un total mondial de 91 697 t de minerais et concentrés.

en tonnes de minerais et concentrés
Chine	62 837	Thaïlande	3 889
Vietnam	10 465	Oman	3 324
Inde	6 831	Italie	1 895

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 42 % du Tadjikistan, 30 % de Russie, 11 % d’Australie, 11 % de Birmanie.

Réserves : en 2019. Monde : 1 500 000 tonnes.

en tonnes de Sb contenues
Chine	480 000	Turquie	100 000
Russie	350 000	États-Unis	60 000
Bolivie	310 000	Tadjikistan	50 000
Australie	140 000	Pakistan	26 000

Source : USGS

Les réserves chinoises sont principalement situées dans la province du Hunan.

Élaboration industrielle

Les minerais sulfurés sont traités, après broyage, principalement par flottation, avec un taux de récupération de 80 à 95 % et l’obtention de concentrés renfermant de 60 à 68 % d’antimoine.
Les minerais oxydés sont concentrés à l’aide de méthodes gravimétrique, par exemple avec des tables à secousses ou des spirales, le taux de récupération étant d’environ 50 % en donnant des concentrés renfermant de 25 à 40 % d’antimoine.

Les concentrés miniers sont ensuite traités par pyrométallurgie ou par hydrométallurgie.

Traitements pyrométallurgiques : le choix du procédé dépend principalement de la teneur en antimoine des concentrés.

Les concentrés titrant entre 5 et 25 % de Sb subissent un grillage, vers 1000°C, donnant de l’oxyde brut volatil selon la réaction :

Sb₂S₃ + 9/2 O_2(g) = Sb₂O_3(g) + 3 SO_2(g)

L’oxyde est récupéré dans les gaz de combustion. L’apport en dioxygène ne doit pas être trop important afin d’éviter la formation de tétraoxyde Sb₂O₄ non volatil. La qualité de l’oxyde obtenu dépend des conditions de grillage. L’oxyde peut être commercialisé dans cet état mais, en général, il est purifié soit directement soit en passant par la formation du métal.
La réduction de l’oxyde, en présence de charbon générant du monoxyde de carbone, est réalisée dans un four réverbère, vers 1200°C, selon la réaction :

Sb₂O₃ + 3 CO = 2 Sb + 3 CO₂

Les concentrés titrant entre 25 et 40 % de Sb sont réduits dans un haut fourneau, entre 1200 et 1400°C. En présence d’air, une partie du sulfure est transformée en oxyde par grillage et ce dernier réagit avec le sulfure restant selon la réaction :

2 Sb₂O₃ + Sb₂S₃ = 6 Sb + 3 SO₂

Les concentrés riches en antimoine, avec des teneurs supérieures à 45 % peuvent subir une liquation, en atmosphère réductrice pour éviter l’oxydation de l’antimoine et à une température comprise entre 550 et 600°C, entre les températures de fusion et d’évaporation du sulfure. Le sulfure liquide est ainsi extrait du concentré et récupéré pour subir l’opération de réduction en métal. Celle-ci peut être réalisée, à l’état fondu, à l’aide de fer selon la réaction :

Sb₂S₃ + 3 Fe = 2 Sb + 3 FeS

Dans tous les cas le métal obtenu est, en grande partie, transformé, par oxydation, à 1000°C, par de l’air comprimé, en trioxyde (Sb₂O₃) purifié selon la réaction :

2 Sb + 3/2 O₂ = Sb₂O₃

Les concentrés les plus riches, avec une teneur supérieure à 50 % de Sb, peuvent subir d’abord un grillage transformant le sulfure en oxyde, puis une réduction à l’aide de coke.

Traitements hydrométallurgiques : ils comportent une première étape de lixiviation permettant d’extraire l’antimoine du concentré minier et une seconde étape de réduction par électrolyse.

Le principal solvant de lixiviation est une solution de sulfure et d’hydroxyde de sodium, en présence de soufre. On obtient une solution de thioantimoniate de sodium (Na₃SbS₄) puis, une électrolyse permet de recueillir l’antimoine sur la cathode avec une pureté qui peut atteindre 99,5 %.

Formes de commercialisation :

Le trioxyde d’antimoine (Sb₂O₃ ou ATO) représente 60 % de la production d’antimoine, l’antimoine métallique, appelé régule, 36 % (environ une moitié sous forme de métal et une autre moitié allié au plomb), l’antimoniate de sodium (NaSbO₃), 4 %. Ce dernier est principalement utilisé par les industries verrières et céramiques.

Productions

En 2016, la production mondiale de trioxyde d’antimoine est d’environ 130 000 t/an.
La production d’oxydes raffinés est mieux répartie dans le monde que celle de l’oxyde brut avec, en particulier, une production européenne importante à partir d’oxydes bruts ou de métal importés. En 2018, la production de trioxyde d’antimoine dans l’Union européenne a été de 33 114 t dont 15 845 t, en France, en 2017.

Commerce international d’antimoine brut et de poudre : en 2019.

Principaux pays exportateurs sur un total mondial de 34 323 t.

en tonnes
Chine	12 952	Pays Bas	1 952
Vietnam	8 844	Corée du Sud	1 508
Inde	2 173	Birmanie	1 464

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinées à 18 % à la Corée du Sud, 18 % à la Belgique, 15 % au Japon, 12 % aux Pays Bas.

Principaux pays importateurs sur un total mondial de 42 396 t.

en tonnes
Belgique	8 137	Espagne	2 311
France	6 206	Pays Bas	1 760
États-Unis	6 026	Chine	1 658
Japon	5 027	Inde	1 350
Corée du Sud	3 800	Thaïlande	1 309

Source : ITC

Les importations belges proviennent à 42 % de Chine, 33 % du Vietnam, 11 % du Tadjikistan.

Producteurs :

Les principaux producteurs de métal, d’oxydes bruts et de sels, sont chinois. En plus de sa production minière importante, la Chine importe des minerais et des concentrés pour produire métal et oxydes. La Chine, a exporté, en 2012, 7 798 t de métal à 36 % vers les États-Unis, 17 % l’Union européenne (principalement vers les Pays Bas), 15 % le Japon.
Aux États-Unis, une seule société, United State Antimony Corporation (USAC), produit du métal et des composés d’antimoine dans son usine de Thompson Falls, dans le Montana, à partir de minerais importés ou produits par cette société au Mexique, dans 5 mines dont Los Juarez dans l’État de Queretaro et Wadley dans l’État de San Luis de Potosi. Dans ce pays, USAC possède également une usine métallurgique à Madero, dans l’État de Coahuila. En 2019, la production de USAC, aux États-Unis, a été de 360 t d’antimoine contenu dans les produits élaborés et 350 t au Mexique.
Le groupe néerlandais AMG, dont les deux sociétés françaises SICA, Société Industrielle et Chimique de L’Aisne basée à Chauny (02) et PCDL, Produits Chimiques de Lucette basée à Le Genest Saint Isle (53) sur une ancienne mine d’or et d’antimoine sont filiales. La capacité de production du groupe est de 15 000 t/an de trioxyde d’antimoine.
En Oman, au port de Sohar, la société Strategic & Precious Metals Processing (SPMP) a construit, une unité métallurgique à partir de concentrés importés, d’une capacité de 20 000 t/an d’antimoine contenu dans du métal et du trioxyde, ainsi que 1,5 t d’or, qui est opérationnelle en 2020. La société TriStar Resources possède 40 % de SPMP avec le fond souverain d’Oman qui possède également 40 % de la société.

Recyclage

L’antimoine contenu dans les alliages est très bien recyclé, en particulier celui des alliages Pb-Sb utilisés dans les accumulateurs au plomb. Toutefois, cette récupération est en constante diminution avec la substitution de l’antimoine par d’autres éléments dans les plaques de batteries.
L’antimoine recyclé représente, en 2010, dans le monde, 56 % de la consommation d’antimoine pour l’élaboration des alliages de plomb.

En Europe, Campine, est une importante société qui recycle l’antimoine des batteries usagées, à Beerse, en Belgique, avec une production d’antimoine recyclé donnant 12 000 t/an de trioxyde à côté de 64 300 t de plomb.
Le groupe Recylex issu de la fusion de Preussag (Allemagne) et Peñarroya (France) exploite, en France, 2 centres de récupération de batteries, à Escandoeuvre (59) et Villefranche-sur-Saône (69). Le polypropylène est récupéré à Villefranche-sur-Saöne et le métal envoyé principalement à Nordenham, en Allemagne. Ainsi, Recylex a récupéré, en 2019, 105 260 t de plomb et 12 500 t de polypropylène à côté de l’antimoine.

Dans les autres utilisations, retardateur de flamme, verres, céramiques, l’antimoine est trop dispersé pour envisager, pour l’instant, une récupération.

En 2019, le taux de recyclage mondial est de 20 %. Aux États Unis, il est de 14 %.

Situation française

En 2019.

Minerai : en France, la stibine (Sb₂S₃) était exploitée depuis le XVIII^ème siècle. De 1890 à 1908, la France a occupé le premier rang mondial des producteurs miniers et la métallurgie de l’antimoine a pris son essor au début du XX^ème siècle. La production minière française commença à décliner à partir de cette date pour cesser en 1935, malgré quelques brèves tentatives d’exploitation jusqu’en 1991 : Ouche dans le Massif Central à la fin des années 1970, Ty Gardien en Bretagne, Les Brouzils en Vendée en 1991.
Jusqu’en 1991, la production française cumulée a été de 130 000 t, principalement dans les mines de La Lucette (53), Brioude (43), Massiac (15), Les Brouzils et Rochetréjoux (85).
Entre 1905 et 1934, la production de la mine de La Lucette (53) a été de 42 000 t d’antimoine et de 8 700 kg d’or. En 1908, la mine de La Lucette assurait 1/4 de la production mondiale.

Bien que des ressources existent, toutefois dispersées, il n’y a pas actuellement de production minière en France.

Métal :

Exportations : 43 t vers l’Algérie à 23 %, le Maroc à 23 %, l’Afrique du Sud à 21 %, l’Allemagne à 7 %.
Importations : 6 206 t de Chine à 39 %, du Tadjikistan à 38 %, du Vietnam à 14 %, de Birmanie à 5 %.

Oxydes :
Production : 15 845 t en 2017.

Producteurs :

SICA, Société Industrielle et Chimique de L’Aisne, filiale du groupe AMG, basée à Chauny (02) est le premier producteur européen de trioxyde d’antimoine avec une capacité de production annuelle de 10 000 t.
PCDL, Produits Chimiques de Lucette, filiale du groupe AMG, basée à Le Genest Saint Isle (53) sur une ancienne mine d’or et d’antimoine possède une capacité de production annuelle proche de 5 000 t.

Commerce extérieur :

Exportations : 9 247 t vers l’Allemagne à 32 %, l’Italie à 17 %, le Royaume Uni à 9 %.
Importations : 3 776 t provenant d’Espagne à 36 %, de Chine à 32 %, de Belgique à 25 %.

Utilisations

Consommations : en 2016, comptée en Sb, la consommation mondiale, y compris Sb recyclé, est de 188 000 t, dont la moitié en Asie et, en 2018, 29 000 t aux États-Unis.

Secteurs d’utilisation : en 2018, dans le monde.

Retardateurs de flamme	48 %	Autres métallurgies	6 %
Batteries	34 %	Verres	2 %
Plastiques	8 %	Céramiques	1 %

Source : Roskill

Aux États-Unis, en 2019, la consommation sous forme de métal représente 39 % des utilisations, les emplois dans les céramiques, verres et polymères, 22 % et comme retardateur de flammes, 40 %.

Sous forme métallique :

Élément d’alliage pour améliorer les propriétés mécaniques du plomb, surtout dans les grilles de batteries. Afin d’éviter la consommation d’eau dans les batteries au plomb, les alliages Pb-Sb sont remplacés par des alliages Pb-Ca ou Pb-Sb-Se. Voir le chapitre consacré au plomb.
La teneur des batteries en antimoine est, en 2011, de 5 kg/t aux États-Unis et de 12 kg/t en Europe.
En 2011, la consommation mondiale de batteries a été de 406 millions d’unités SLI (pour véhicules non électriques) et 40 millions d’unités pour véhicules électriques et applications industrielles. Pour les batteries SLI, la teneur en antimoine est de 0,6 % soit 0,09 kg par batterie et au total une consommation de 36 024 t. Pour les autres types de batteries, la teneur est de 1,5 % de Sb soit 0,45 kg par batterie et une consommation totale de 17 607 t.

Sous forme d’oxyde (Sb₂O₃ ou ATO) : en 2013, la consommation mondiale est de 130 000 t.

L’oxyde d’antimoine est un retardateur de flamme lorsqu’il est associé aux composés organiques chlorés et bromés présents ou ajoutés dans les matières plastiques et les élastomères utilisés dans le bâtiment, les automobiles, les câbles…. Par exemple, le PVC peut contenir de 3 à 20 % d’oxyde d’antimoine selon les applications alors que les caoutchoucs et élastomères peuvent en contenir jusqu’à 30 %.

Pour l’utilisation dans les matières plastiques, l’oxyde peut être utilisé sous la forme de mélanges-maîtres (oxyde d’antimoine et matrice polymère) qui contiennent jusqu’à 90 % de Sb₂O₃. Les mélanges-maîtres peuvent également contenir d’autres adjuvants (tels que les composés organiques chlorés et bromés), dans ce cas, la teneur en oxyde est plus faible.

Le trioxyde est aussi employé comme catalyseur de polymérisation du PET et comme stabilisant du PVC. La teneur du PET en antimoine est comprise entre 150 et 250 mg/kg. La diffusion de cet antimoine par exemple dans l’eau de boisson contenue dans les bouteilles en PET est, dans des conditions normales d’utilisation, limitée et reste en deçà de la teneur limite dans l’Union européenne de 5 µg/L.

Autres utilisations de l’oxyde : peintures, émaux et céramiques comme opacifiant, verre comme décolorant, pigments, fibres et films polyester.

Autres formes d’utilisation :

Sous forme de sulfure (Sb₂S₃) : en pyrotechnie, dans des allumettes, pour lubrifier des plaquettes de freins et des embrayages à disque.
Sous forme d’antimoniate de sodium pour décolorer le verre et pour opacifier des céramiques et des émaux.

Bibliographie

R.R. Seal et al, « Antimony« , USGS, 2017.
International Antimony Association (i2a), Av. de Broqueville, 12, 5 th floor, 1150 Bruxelles, Belgique.
« Fundamental shifts expected in the antimony market« , MMTA, septembre 2018.
P. Blazy et V. Hermant, « Métallurgie extractive de l’antimoine », Techniques de l’Ingénieur, mars 2015.
A.S. Audion, avec la collaboration extérieure de la Compagnie Européenne d’Intelligence Stratégique (CEIS) (2012) – Panorama mondial 2011 du marché de l’antimoine. Rapport public. BRGM/RP – 61342 – FR, 82 p., 22 fig., 17 tabl.
D. Dupont, S. Arnout, P.T. Jones, K. Binnemans, « Antimony recovery from end-of-life products and industrial process residues : a critical review« , J. Sustain. Metall., 2016, DOI 10.1007/s40831-016-0043-y.
« Study on the review of the list of critical raw materials« , European Commission, juin 2017.
L’antimoine, Mineralinfo, BRGM, mai 2012.
L’antimoine, fiche de synthèse sur la criticité des métaux, BRGM, avril 2015.
J-D. Bourzat, La saga de l’antimoine, L’Actualité Chimique, n°293, janvier 2006.
C.G. Anderson, « Antimony production and commodities » in SME Minerals processing and extractive metallurgy handbook, 2^ème édition, chapitre 9.22.2, p 431-442, 2019.

Cobalt

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique

Masse atomique

Configuration électronique

Structures cristallines

Rayon métallique pour la coordinence 12

58,93 g.mol^-1

[Ar] 3d⁷ 4s²

alpha puis gamma au dessus de 421°C

alpha : hexagonale compacte de paramètres a = 0,251 nm et c = 0,407 nm
gamma : cubique à faces centrées de paramètre a = 0,354 nm

125,2 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de Curie	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
8,9 g.cm^-3	5	1 121°C	1 495°C	2 870°C	17,2.10⁶ S.m^-1	100 W.m^-1.K^-1	insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	pK_s : Co(OH)₂	pK_s : Co(OH)₃	pK_s : CoS alpha	pK_s : CoS bêta
1,88	14,2	44,5	20,4	24,6

Constantes d’acidité :

Co²⁺_aq/CoOH⁺_aq	pKa = 9,8
Co³⁺_aq/CoOH²⁺_aq	pKa = 1,8

Potentiels standards :

CoO_2(s) + H₂O + e = CoOOH_(s) + OH^–	E° = 0,7 V
CoO₂^– + 2H₂O + e = Co(OH)_2(s)+ 2OH^–	E° = -0,22 V
CoOOH_(s) + H₂O + e = Co(OH)_2(s) + OH^–	E° = 0,17 V
Co(OH)_2(s) + 2e = Co_(s) + 2OH^–	E° = -0,73 V
Co^III_aq+ e = Co²⁺	E° = 1,77 V
Co²⁺ + 2e = Co(s)	E° = -0,29 V

Données thermodynamiques

Cobalt alpha :

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 30 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : C_p° = 24,8 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 15,5 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 382,4 kJ.mol^-1

Cobalt gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 424,8 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 380,5 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 179,5 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : C_p° = 23 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur de l’écorce terrestre est comprise entre 25 et 29 ppm de cobalt.

Minerais

Ils sont très nombreux sous forme d’oxydes, carbonates, sulfures, arséniures (smaltite : CoAs₂), thioarséniures (cobaltite : CoAsS)… de teneurs variant de 0,5 à 2,5 % de Co. Dans les gisements exploités, le cobalt est, en général, associé au cuivre ou au nickel et est co-produit lors des opérations métallurgiques d’obtention ces éléments.

Le cobalt est co-produit de l’extraction de minerais de cuivre en République Démocratique du Congo et en Zambie, de l’extraction de minerais sulfurés de nickel en Russie, Canada, Australie, de minerai latéritiques de nickel en Nouvelle Calédonie, Cuba, Indonésie, Australie, Philippines, Madagascar. En Afrique du Sud, le cobalt est, en partie, co-produit de l’exploitation de métaux précieux.
La seule mine exploitant exclusivement un minerai de cobalt, de la smaltite (CoAs₂), hors la production artisanale de la R.D. du Congo, est celle de Bou Azzer au Maroc.
En 2018, 72 % du cobalt extrait provient de mines de cuivre, 26 % de mines de nickel et 1 % de la mine de cobalt de Bou Azzer. 6,7 % des revenus des exploitations minières de nickel proviennent du cobalt, 1,3 % pour celles de cuivre.
Lorsque le minerai de nickel est destiné à la fabrication de ferronickel, le cobalt contenu n’est pas récupéré.

Productions minières

En 2019. Monde : 143 600 t.

en t de Co contenu
R.D. du Congo	100 000	Madagascar	3 300
Russie	6 100	Papouasie Nlle Guinée	3 100
Australie	5 100	Canada	3 000
Philippines	4 600	Afrique du Sud	2 400
Cuba	3 500	Maroc	2 100

Source : USGS

République Démocratique du Congo : la production provient des provinces de Lualaba et du Haut-Katanga où, outre des mines, les tailings (rejets miniers) des anciennes exploitations de cuivre renferment des quantités importantes de cobalt. La production congolaise est principalement exportée sous forme de concentrés miniers mais aussi à un degré moindre, après un premier traitement pyrométallurgique, sous forme d’alliage blanc (voir plus loin la partie métallurgie) ou encore sous forme d’hydroxyde, de carbonate ou de métal obtenu par électrolyse.
Il y a 15 producteurs dont 6 représentent 80 % de la production du pays. En 2016, avec une production de 63 789 t de cobalt contenu, le métal raffiné, sous forme de sel ou de métal, a représenté 400 t dont 134 t pour le métal obtenu par électrolyse.
La production est pénalisée par les difficultés de fourniture d’énergie électrique et les problèmes de transport.

Glencore contrôle la mine de Mutanda avec des réserves prouvées et probables de 130 millions de t de minerai renfermant 1,51 % de Cu et 0,70 % de Co et une production, en 2019, de 103 200 t de Cu et 25 100 t de Co. Glencore contrôle également 64,7 % de la société Katanga Mining qui possède en particulier la mine souterraine de Kamoto, avec 124 millions de t de réserves prouvées et probables de minerai contenant 3,2 % de Cu et 0,53 % de Co et une production, en 2019, de 234 500 t de Cu et 17 100 t de Co. Fin 2018, l’exportation de l’hydroxyde de cobalt produit par Katanga Mining a été suspendue temporairement et reprise depuis à cause d’un teneur trop élevée en uranium. Une unité d’extraction de l’uranium par résines échangeuses d’ions est en cours de construction. Fin 2019, la production de la mine de Mutanda a été suspendue.
La société Tenke Fungurume Mining, détenue à 80 % par China Molybdenum qui a acheté, en 2016, les parts de Freeport McMoRan et de Lundin Mining, et 20 % par Gécamines, exploite, à ciel ouvert, une mine possédant des réserves prouvées et probables de 177,7 millions de t de minerai contenant 2,4% de Cu et 0,33 % de Co. En 2019, la production a été de 117 956 t de Cu et 16 098 t de Co. Le minerai, traité en partie par hydrométallurgie, donne après lixiviation, extraction par solvant et électrolyse des cathodes de cuivre et de l’hydroxyde de cobalt.
Le groupe chinois Zhejiang Huayou Cobalt contrôle les sociétés Congo Dang Fang International et Minière de Kasombo (Mikas).
Le groupe indien Shalina contrôle la société Chemaf qui exploite la mine Etoile, avec, en 2017, une production de 27 000 t de Cu et 5 000 t de Co.
Le groupe kazakh Eurasian Resources Group (ERG) possède 70 % de la société Boss Mining, à côté de Gécamines avec 30 %, qui exploite la mine de Kakanda avec des réserves de 14,9 millions de t de minerai renfermant 2,6 % de Cu et 0,1 % de Co. En 2015, la production avait été de 4 640 t de cobalt contenu, envoyé d’une part à la raffinerie de Chambishi, en Zambie et d’autre part exporté en Chine. En février 2019, l’exploitation de la mine de Kakanda a été suspendue. ERG exploite également les mines de Frontier avec 84 254 t de Cu, en 2019 et Comide. ERG a débuté par ailleurs, en 2019, le projet Metalkol RTR à Kolwezi qui envisage de traiter pendant 50 ans, 112,8 millions de t de rejets miniers renfermant 1,49 % de Cu et 0,32 % de Co, soit un total de 1,68 million de t de Cu et 360 000 t de Co, avec une production annuelle dans une première phase de 77 000 t de Cu et 14 000 t de Co.
La Société de Traitement du Terril de Lubumbashi (STL) détenue par le groupe public Gécamines exploite une partie de l’accumulation, entre 1924 et 1992, des scories issues des activités métallurgiques de l’Union Minière du Haut Katanga puis de la Gécamines. La partie exploitée représente 4,5 millions de t de scories, sur un total de 14,5 millions de t, renfermant 2,1 % de cobalt. Un traitement pyrométallurgique sur place donne un « alliage blanc », renfermant 18 % de Co, 10 % de Cu, qui est raffiné, en Finlande à Kokkola. La production, en 2016, en métal contenu, avait été de 3 900 t de cobalt, avec une capacité de production de 5 500 t/an de cobalt, 4 000 t/an de cuivre et 22 000 t/an d’oxyde de zinc. La production, interrompue entre 2017 et 2019 a repris en octobre 2019.
Le groupe chinois Jinchuan a pris le contrôle de la société Metorex qui exploite (avec 75 % des parts de la société, 25 % pour Gécamines) la mine de Ruashi avec des réserves prouvées et probables de 7,2 millions de t de minerais renfermant 2,9 % de Cu et 0,2 % de Co ainsi que 5 millions de t de terrils renfermant 1,2 % de Cu et 0,3 % de Co. En 2019, la production a été de 33 824 t de Cu et de 5 070 t de cobalt contenu sous forme d’hydroxyde exporté en Chine.
Gécamines, groupe contrôlée par l’État congolais détient des participations dans de nombreuses sociétés minières.
De nombreuses exploitations artisanales, contrôlées principalement par des intérêts chinois, sont en activité, avec une part estimée de 20 à 25 % de la production congolaise totale.

En Russie, la production est principalement assurée par Nornickel (Norilsk) comme co-produit de la production de nickel, voir ce chapitre. Le minerai est traité, en Russie dans la péninsule de Kola ou en Finlande dans la raffinerie de Harjavalta.

Australie :

Nickel West, filiale de BHP-Billiton exploite, en Australie de l’Ouest, des minerais sulfurés de nickel à Mt Keith et Leinster qui ont produit, en 2019, du cobalt et 87 400 t de Ni.
Minara Ressources, filiale du groupe Glencore exploite des minerais latéritiques de nickel, à Murrin Murrin, avec des réserves de 141,4 millions de t de minerai contenant 1,03 % de Ni et 0,086 % de Co. L’exploitation est prévue durer 40 ans. En 2019, la production de Murrin Murrin a été de 36 600 t de nickel et 3 400 t de cobalt.

Philippines : la société Nickel Asia Corporation exploite des mines de nickel et exporte une grande partie de son minerai en Chine et au Japon pour la production de ferronickel mais aussi extrait du minerai de limonite, dans deux mines, Rio Tuba, dans l’île de Palawan, détenue à 60 %, qui a produit, en 2019, 3,43 millions de t de limonites livrées à l’usine hydrométallugique de Coral Bay et Taganito, au nord de l’île de Mindanao, détenue à 65 %, qui a produit, en 2019, 4,93 millions de t de limonites livrées à l’usine hydrométallurgique de Taganito. Les réserves prouvées et probables de limonites sont de 156,3 millions de t de minerai renfermant 1,14 % de Ni et du cobalt. Les usines de Coral Bay détenue à 54 % par Sumitomo, 18 % par Mitsui, 18 % par Sojitz et 10 % par Nickel Asia avec une capacité de production de 24 000 t/an de Ni contenu et 1 500 t/an de Co contenu et une production, en 2019, de 19 100 t de Ni et Taganito détenue à 75 % par Sumitomo, 15 % par Mitsui de 10 % par Nickel Asia avec une capacité de 36 000 t/an de Ni contenu et 3 000 t/an de Co contenu et une production, en 2019, de 32 300 t de Ni produisent du sulfate double de nickel et de cobalt renfermant 57 % de Ni et 4 % de Co exporté au Japon pour être raffiné par Sumitomo Metal Mining Company (SMMC).

Cuba : le gisement de Moa Bay, situé dans la province de Holguin, est exploité par Moa Joint Venture, détenue moitié-moitié par Sherrit et General Nickel Company, société de l’État cubain. Le minerai latéritique, extrait à ciel ouvert et concentré sous forme de sulfures mixtes de nickel et de cobalt, est traité dans la raffinerie de Fort Saskatchewan, dans l’Alberta, au Canada. En 2019, la production a été de 33 108 t de Ni et 3 376 t de Co. Les réserves prouvées et probables sont de 53,4 millions de t renfermant 1,16 % de Ni, 0,13 % de Co.

Madagascar : l’exploitation d’Ambatovy, détenue à 12 % par Sherritt, 47,7 % par Sumitomo Metal Mining et 40,3 % par Kores est entrée en production en 2012. Le gisement de latérite s’étend sur une surface de 1 800 hectares à une profondeur comprise entre 20 et 100 m. Le minerai additionné d’eau forme une pulpe envoyée à un débit de 836 t/h par un pipeline de 220 km, en 30 heures, jusqu’à l’usine de transformation de Toamasina. Le minerai est traité par hydrométallurgie à l’aide d’une lixiviation à l’acide sulfurique sous pression, à 5 000 kPa et 260°C, dans des autoclaves selon le procédé Sherrit (voir plus loin). La capacité de production prévue est de 60 000 t/an de Ni, 5 600 t/an de Co et 210 000 t/an de sulfate d’ammonium destiné à l’industrie des engrais. Le nickel et le cobalt à 99,8 % sont livrés en poudre ou briquettes. En 2019, la production a été de 33 733 t de Ni, 2 900 t de Co et 81 850 t de sulfate d’ammonium ont été vendues. Les réserves prouvées et probables sont de 152,1 millions de t renfermant 0,93 % de Ni et 0,08 % de Co.

Papouasie Nouvelle Guinée : la société Ramu Nickel, détenue à 85 % par des intérêts chinois (China Metallurgical Group, Jilin Jien Nickel, Jiuquan Iron & Steel et Jinchuan), 6,44 % par des sociétés étatiques de Papouasie et 8,56 % par la société australienne Highlands Pacific, acquise en janvier 2019 par le fonds d’investissement canadien Cobalt 27, exploite à ciel ouvert un minerai latéritique de nickel-cobalt dans la mine de Krumbukari. Le minerai sous forme de pulpe est acheminé par un pipeline de 135 km de long jusqu’à la raffinerie de Basamuk où le minerai est traité par lixiviation acide haute pression pour donner un mélange d’hydroxydes de nickel et de cobalt. En 2018, la production a été de 35 355 t de Ni et 3 275 t de Co. Les réserves prouvées et probables sont de 56 millions de t de minerai renfermant 0,9 % de Ni et 0,1 % de Co.

Canada :

La mine à ciel ouvert de Voisey’s Bay, au Labrador, exploitée par Vale, a débuté sa production en novembre 2005. Elle devrait devenir souterraine en 2022. Ses réserves prouvées et probables sont de 28,9 millions de t de minerai à 2,11 % de Ni, 0,92 % de Cu, 0,13 % de Co. L’extraction est de 6 000 t/jour avec production d’un concentré de cuivre et d’un concentré mixte Ni-Cu-Co. Les concentrés sont expédiés dans la raffinerie de Long Harbour, à Terre Neuve. En 2019, la production a été de 35 400 t de Ni, 25 000 t de Cu, 1 583 t de Co.
Par ailleurs, Vale exploite des mines souterraines à Sudbury, en Ontario, possédant des réserves de 58,1 millions de t de minerai renfermant 1,38 % de Ni, 1,75 % de Cu, 0,04 % de Co, 1,26 g/t de Pt, 1,52 g/t de Pd, 0,47 g/t de Au. La production de Sudbury a été, en 2019, de 93 000 t de Cu, 50 800 t de Ni, 495 t de Co, 4,6 t de Pt, 5,7 t de Pd, 2,1 t de Au. La mine souterraine de Thomson, dans le Manitoba, a produit, en 2019, 11 300 t de Ni, 1 000 t de Cu et 80 t de Co.
Glencore, exploite 2 mines souterraines à Sudbury (Fraser et Nickel Rim South) et 4 mines souterraines à Raglan, dans la province de Québec. Les concentrés miniers sont expédiés à la fonderie de Sudbury pour former des mattes qui sont traitées dans la raffinerie de Kristiansand, en Norvège, cette dernière produisant les métaux purs. Les réserves des mines de Sudbury et Raglan sont de 29,2 millions de t contenant 2,2 % de Ni, 0,89 % de Cu, 0,05 % de Co, 0,55 g/t de Pt, 0,98 g/t de Pd. En 2019, les mines canadiennes de Glencore ont donné 60 300 t de nickel, 44 200 t de cuivre, 700 t de cobalt, 15,8 t d’argent, 0,9 t d’or, 3,5 t de palladium, 1,6 t de platine, 124 kg de rhodium.

Maroc : la Compagnie de Tifnout Tiranimine (CTT), filiale du groupe Managem, exploite la mine de Bou Azzer et traite, par hydrométallurgie, le minerai à Guemassa en produisant des cathodes de cobalt à 99,3 %. Le minerai d’arséniure de cobalt est relativement riche avec environ 1 % de Co. Les réserves sont de 15 652 t de métal contenu. En 2019, la production est de 2 397 t de cathodes de cobalt.

Nouvelle Calédonie : la présence de cobalt est associée à celle du nickel.

Carte des sites d’activité du nickel en Nouvelle Calédonie, DIMENC/SMC.

Le groupe Eramet contrôle 56 % de la Société Le Nickel (SLN) qui exploite, en Nouvelle Calédonie, des mines de nickel renfermant du cobalt (voir le chapitre Nickel). Le minerai était transformé sur place pour donner du ferronickel et des mattes de nickel, ces dernières étant traitées, jusqu’en août 2016, en métropole, à Sandouville (76) pour donner les métaux purs nickel et cobalt. En 2016, la production avait été de 119 t de cobalt contenu dans des mattes de nickel-cobalt. Depuis, la production de mattes est arrêtée et convertie en ferronickel supplémentaire. En conséquence, le cobalt contenu dans le minerai n’est plus récupéré.
Le groupe Vale détient 80,5 % de la mine de Goro, renfermant un gisement de 122,2 millions de t de minerai latéritique contenant 1,42 % de Ni et 0,08 % de Co. En 2019, la production a été de 23 400 t de Ni et 1 703 t de Co.
Le groupe Glencore détient 49 % de la société Koniambo Nickel en association avec la Société Minière du Sud Pacifique (51 %) qui exploite le minerai du massif de Koniambo et a construit l’Usine du Nord près de Koné. La production a débuté fin 2013. L’usine pyrométallurgique a produit, en 2019, 23 700 t de nickel dans du ferronickel. Les réserves de minerai sont de 41,8 millions de t contenant 2,22 % de Ni. Le cobalt contenu dans le minerai n’est pas récupéré.

Zambie : l’essentiel de la production zambienne provient des mines de Nchanga et Konkola exploitées par la société Konkola Copper Mines filiale à 79,4 % du groupe indien Vedanta Resources. Les réserves de la mine à ciel ouvert sont de 255,2 millions de t de minerai contenant 1,29 % de Cu et 0,21 % de Co. En 2015, la production avait été de 1 400 t de cobalt contenu, expédiées en Chine pour raffinage. En 2019, la production de cuivre est de 91 000 t.

Dans l’Union européenne, des mines sont exploitées principalement en Finlande avec celles de :

Talvivaara, près de Sotkamo, exploitée par Terrafame qui a produit, en 2019, 55 222 t de Zn, 27 468 t de Ni, du cuivre et du cobalt,
Kevitsa exploitée par Boliden qui a produit, en 2019, 19 763 t de Cu, 9 021 t de Ni, 445 t de Co, 407 kg d’or, 953 kg de Pt et 699 kg de Pd, avec des réserves prouvées et probables de 140,3 millions de t de minerai renfermant 0,32 % de Cu, 0,24 % de Ni, 0,01 % de Co, 0,11 g/t de Au, 0,22 g/t de Pt et 0,15 g/t de Pd,
Kylylahti également exploitée par Boliden qui a produit, en 2019, 4 826 t de Cu, 731 t de Ni, 445 t de Co et 480 kg d’or, avec des réserves prouvées et probables de 500 000 t de minerai renfermant 0,6 % de Cu, 0,24 % de Ni, 0,17 % de Co, 0,3 % de Zn et 1,1 g/t de Au.

Commerce international de minerais et concentrés

En 2019, en t de produits.

Principaux pays exportateurs : sur un total de 98 111 t.

en t de minerais et concentrés
R.D. du Congo	93 271	Irlande	190
Thaïlande	3 581	Zambie	130
Malaisie	318	Hong Kong	129

Source : ITC

Les exportations congolaises sont destinées à 92 % à la Chine, 8 % au Maroc.

Principaux pays importateurs : sur un total de 100 691 t.

en t de minerais et concentrés
Chine	90 244	Corée du Sud	467
Maroc	7 400	Malaisie	321
Finlande	1 753	Hong Kong	153

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 95 % de la R.D. du Congo, 3 % d’Afrique du Sud.

Réserves

En 2019. Monde : 7,0 millions de t.

en milliers de t de Co contenu
R.D. du Congo	3 600	Russie	250
Australie	1 200	Canada	230
Cuba	500	Madagascar	120
Zambie	270	Chine	80
Philippines	260	Papouasie Nlle Guinée	56

Source : USGS

Des ressources significatives de cobalt, non exploitables dans les conditions économiques actuelles, sont aussi présentes dans des nodules sous-marins, par exemple dans l’océan Pacifique. Ces ressources sont estimées contenir entre 2,5 et 10 millions de tonnes de cobalt.

Métallurgie

Les minerais sont traités par voie pyrométallurgique suivie par des opérations hydrométallurgiques ou directement, plus récemment, par voie hydrométallurgique.

Les minerais de cuivre-cobalt de République Démocratique du Congo et de Zambie sont soit traités, en deux étapes, par voie pyrométallurgique puis hydrométallurgique soit traités directement par voie hydrométallurgique (voir dans ce dernier cas le chapitre cuivre). Ces dernières années, le traitement direct par voie hydrométallurgique s’est fortement développé. Il consiste en une lixiviation à l’aide d’acide sulfurique suivie d’une extraction du cuivre par solvant spécifique puis d’une électrolyse donnant des cathodes de cuivre. La solution de lixiviation après extraction du cuivre donne en milieu basique, par ajout de chaux, un précipité d’hydroxyde de cobalt Co(OH)₂ qui est commercialisé.
Dans le cas d’un traitement par pyrométallurgie puis hydrométallurgie, le minerai après ajout de coke (10 % de la masse du minerai) est réduit au four électrique. La consommation d’énergie est de 12 000 kWh/t de Co. On obtient une scorie contenant 15 % de Co qui est recyclée, un alliage « blanc » contenant 42 % de Co, 15 % de Cu, 39 % de Fe et un alliage « rouge » à 89 % de Cu, 4 % de Co, 4 % de Fe. Le cobalt de ce dernier alliage est récupéré lors des opérations de métallurgie du cuivre. L’alliage blanc est dissous à chaud dans H₂SO₄. Le cuivre est précipité par cémentation à l’aide de fer. Le cobalt est précipité en milieu basique (ajout de chaux) par du carbonate de sodium. On obtient du carbonate de cobalt.
Les minerais oxydés de nickel-cobalt, sont traités traditionnellement en 2 étapes, pyrométallurgique puis hydrométallurgique. C’était le cas, en partie, des minerais de Nouvelle Calédonie exploités par le groupe Eramet, voir le chapitre nickel.
Actuellement, se développe le traitement des minerais oxydés de nickel-cobalt uniquement par voie hydrométallurgique. Le procédé Sherrit, a été mis au point pour traiter, dans la raffinerie de Fort Saskatchewan, en Alberta, au Canada, le minerai cubain de Moa Bay. Il est employé également, par exemple à Murrin Murrin, en Australie, par le groupe Glencore et à Goro, en Nouvelle Calédonie, par le groupe Vale. Les minerais sont traités par lixiviation acide, sous pression (procédé HPAL : « High Pressure Acid Leaching »). Le minerai mis en suspension dans l’eau est placé dans un autoclave, vers 270°C, sous environ 5 MPa, en présence d’acide sulfurique (de 360 à 440 kg/t de minerai). De nombreux éléments passent en solution et, en particulier, Co²⁺ et Ni²⁺. Après élimination des ions ferriques et aluminium par neutralisation à l’aide de lait de chaux, du cuivre par résine échangeuse d’ions, Co²⁺ et Ni²⁺ et Zn²⁺ sont extraits par solvant organique puis élués à l’aide d’acide chlorhydrique. Leur concentration est ainsi augmentée d’un facteur 20. Zn²⁺ est ensuite éliminé à son tour sur résine échangeuse d’ions puis les ions Co²⁺ et Ni²⁺ séparés par solvants spécifiques. En général, on obtient une solution de chlorure de cobalt qui à l’aide de carbonate de sodium donne du carbonate de cobalt qui précipite. La solution de chlorure de nickel est traitée par pyrohydrolyse vers 820°C pour donner de l’oxyde de nickel.
Les minerais sulfurés de nickel-cobalt sont traités, traditionnellement, par voie pyrométallurgique. Un nouveau procédé, hydrométallurgique, dérivé du traitement des minerais oxydés est développé, par Vale, pour traiter les concentrés de la mine de Voisey’s Bay. Il consiste à réaliser une lixiviation sous pression, environ 10 atm., vers 150°C, en présence d’acide sulfurique et de dioxygène. Après neutralisation et élimination de l’alumine et de l’oxyhydroxyde de fer, Cu²⁺, Co²⁺ et Ni²⁺ sont extraits par des solvants spécifiques.

Productions métallurgiques

En 2019. Monde : 125 900 t, Union européenne (Finlande, Belgique, France, Allemagne), en 2018 : 12 339 t.

en t de cobalt raffiné
Chine	79 950	Japon	4 150
Finlande	13 340	Australie	3 400
Canada	6 170	Madagascar	2 900
Belgique*	5 670	Russie	2 270
Norvège	4 410	Maroc	1 510

Sources : Darton Commodities et rapports des sociétés

* Une partie de la production belge est réalisée par Umicore en Chine.

La production de cobalt raffiné de la République Démocratique du Congo est faible, avec 400 t, en 2016, en regard de la production minière, cette dernière, l’hydroxyde de cobalt ou l’alliage blanc produit localement étant exporté principalement vers la Chine et la Finlande. Une partie de la production minière de R.D. du Congo était traitée, avant sa fermeture, en Zambie, dans la raffinerie de Chambishi.

Les principaux producteurs sont chinois avec Zhejiang Huayou Cobalt qui a produit, en 2019, 23 307 t de cobalt, Jinchuan, Shenzhen GEM avec des activités de recyclage…

En Finlande, la société Freeport Cobalt détenue à 56 % par Freeport McMoRan, 24 % par Lundin Mining et 20 % par Gécamines, traite dans sa raffinerie de Kokkola les minerais congolais de Tenke Fungurume Mining. Fin 2019, les parts de Freeport et de Lundin Mining ont été vendues à Umicore. Par ailleurs, Nornickel (Norilsk) traite une partie de ses minerais russes dans sa raffinerie de Harjavalta où sur le même site Boliden produit des mattes de nickel qui sont en partie exportées, en France, vers l’usine Eramet de Sandouville.

En Norvège, Glencore, dans sa raffinerie de Kristiansand, traite les mattes issues de la fonderie canadienne de Sudbury.

Les minerais cubains sont traités au Canada et en Chine.

Commerce international de mattes, produits intermédiaires de cobalt (métal blanc, hydroxyde, carbonate) et métal brut : en 2019, sur un total de 399 694 t de produits.

Principaux pays exportateurs :

en t de produits
R.D. du Congo	302 627	Pays Bas	6 601
Malaisie	18 165	États-Unis	5 883
Canada	9 279	Belgique	5 611
Russie	8 583	Norvège	4 745

Source : ITC

Les exportations congolaises sont destinées à 97 % à la Chine.

Principaux pays importateurs :

en t de produits
Chine	303 048	Japon	9 367
Malaisie	21 674	Pays Bas	7 163
États-Unis	14 757	Royaume Uni	5 432
Belgique	9 856	Canada	4 894

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 97 % de la R.D. du Congo.

Recyclage et stocks stratégiques : le recyclage du cobalt représente, en 2019, aux États-Unis, 29 % de la consommation.

Il y a eu une diminution continue des stocks stratégiques au cours des dernières années. La DLA (Defense Logistics Agency) des États-Unis ne détient plus que 302 tonnes. Les États-Unis n’ont pas vendu de cobalt issu du stocks stratégiques depuis 2011 alors que ce montant atteignait 2 720 t en 2000.

Principaux producteurs mondiaux : en 2018 ou 2019.

en tonnes
Glencore (Norvège, R.D. du Congo, Australie)	46 300	Sumitomo Metal Mining Co. (Japon)	3 669
China Molybdenum (Chine, Finlande)	18 747	Sherritt (Canada et Madagascar)	1 956
Umicore (Belgique, Chine)	6 360	Norilsk (Russie)	1 800
Jinchuan (Chine)	6 000	CTT (Maroc)	1 619
Vale (Canada, Nlle Calédonie)	4 378	Eurasian Resources Group (Zambie)	1 613

Sources : Cobalt Institute et rapports des sociétés

Glencore, qui exploite des gisements de nickel-cobalt à Sudbury, Alberta, et Raglan, province du Québec, au Canada, produit des cathodes de cobalt à Kristiansand, en Norvège, à partir des mattes de nickel canadiennes. Les productions congolaises et australiennes sont valorisées sous forme d’hydroxyde de cobalt ou de métal.
China Molybdenum traite une partie de ses minerais congolais de Tenke Fungurume Mining dans la raffinerie finlandaise de Umicore à Kokkola.
Umicore produit des composés de cobalt à Olen, en Belgique et à Ganzhou, en Chine, à travers une société détenue à 40 %. Fin 2019 a acquis la raffinerie de Kokkola, en Finlande.
Jinchuan, exploite en Chine, le gisement sulfuré de cuivre, nickel, cobalt de Jinchuan et le raffine sur place avec des produits importés de R.D. du Congo, d’Australie et de Papouasie Nouvelle Guinée. Possède une capacité de production de 600 000 t/an de cuivre, 150 000 t/an de nickel et 10 000 t/an de cobalt.
En 2019, Vale a produit au Canada 1 092 t à Port Colborne, dans l’Ontario et 1 483 t à Long Harbour, à Terre Neuve ainsi que 1 703 t en Nouvelle Calédonie.
Sumitomo Metal Mining, à partir du minerai livré par Nickel Asia Corporation exploite des raffineries de nickel et cobalt qui produisent du sulfate double de nickel et de cobalt renfermant 57 % de Ni et 4 % de Co à Coral Bay dans l’île de Palawan et Taganito, dans l’île de Mindanao, aux Philippines et produit à partir de ce sulfate double du cobalt et des sels de cobalt dans ses raffineries de Niihama et Harima au Japon.
La production cubaine de Moa Bay (partagée moitié-moitié entre Sherrit et General Nickel Company, société de l’État cubain) est traitée dans la raffinerie de Fort Saskatchewan, dans l’Alberta, au Canada. En 2019, la production a été de 33 108 t de Ni et 3 376 t de Co.
La raffinerie de Chambishi, en Zambie, est propriété à 90 % du groupe Eurasian Resources Group (ERG). Elle traite les concentrés congolais de la société Boss Mining et de diverses mines zambiennes. La capacité de production est de 55 000 t/an de Cu et 6 800 t/an de Co. En 2019, sa production a été suspendue.

Situation française

En 2019, en t de métal ou de cobalt contenu dans les sels.

Production :

En 2016, la production avait été de 119 t de cobalt contenu sous forme de chlorure à l’usine Eramet de Sandouville à partir de mattes calédoniennes (voir le chapitre nickel). Après l’arrêt, en août 2016, de la production de mattes à l’usine de Doniambo, en Nouvelle Calédonie, l’alimentation de l’usine de Sandouville est assurée à l’aide de mattes finlandaises provenant de l’usine de Boliden à Harjavalta. La production prévue, à partir de 25 000 t/an de mattes, est de 13 000 t/an de nickel de haute pureté (99,99 %), 2 300 t/an de nickel contenu dans des sels, 3 000 t/an de fer et 400 t/an de cobalt. En 2018, la production a été de 48 t de Co.
La production par Vale, à Goro, en Nouvelle Calédonie a été, en 2019, de 1 703 t de cobalt contenu dans du carbonate de cobalt à côté de 23 400 t de nickel.
En 2013, la production minière de Nouvelle Calédonie s’était élevée à 3 427 t de cobalt contenu et valorisé. 350 t avaient été envoyées dans des mattes de nickel à l’usine Eramet de Sandouville, 1 117 t produites sous forme de carbonate à l’usine de Goro de Vale et 1 960 t contenues dans des minerais expédiés pour traitement au Japon et en Australie.
Umicore, après l’achat de Eurotungstene, en 2017, produit du cobalt en poudre à Grenoble (38) avec 322 t vendues en 2013.

Commerce extérieur : en t de produits.

Oxydes et hydroxydes :

Exportations : 32 t à 56 % vers le Nigeria, 16 % l’Allemagne, 13 % l’Inde, 13 % l’Espagne.
Importations : 636 t à 41 % du Royaume Uni, 40 % de Finlande, 12 % de Belgique.

Chlorure :

Exportations : 1 144 t à 71 % vers la Belgique, 28 % le Brésil.
Importations : 3 135 t à 71 % de Belgique, 28 % du Royaume Uni.

Mattes, poudre et autres produits intermédiaires :

Exportations : 601 t à 36 % vers l’Allemagne, 21 % la Belgique, 7 % les États-Unis.
Importations : 1 901 t à 21 % du Luxembourg, 19 % des États-Unis, 18 % du Royaume Uni, 10 % de Belgique.

Utilisations

Consommation : dans le monde, en 2019, 123 000 t, à 80 % en Chine.

Secteurs d’utilisation :

	Monde, en 2019	Chine, en 2015		Monde, en 2019	Chine, en 2015
Batteries	58 %	78,7 %	Pigments et caramiquess	5 %	3,6 %
Superalliages	15 %	3,8 %	Catalyseurs	5 %	3,2 %
Carbures cémentés	7 %	6,3 %	Aimants	2 %	3,6 %

Sources : Darton Commodities et Anteke

Aux États-Unis, en 2019, l’élaboration des superalliage représente 46 % de la consommation, celle des carbures cémentés, 9 %, celle de divers alliages métalliques, 14 %, celle de produits chimiques, 31 %.
Dans le monde, en 2015, 73 % de la consommation est sous forme de composés chimiques, 27 % sous forme de métal.

Utilisations sous forme de composés chimiques dans les domaines suivants :

Batteries,
Catalyseurs,
Pigments et céramiques,
Pneus et siccatifs.

Utilisations sous forme de métal dans les domaines suivants :

Superalliages,
Carbures cémentés,
Aciers spéciaux,
Aimants.

Batteries : ce secteur d’utilisation est devenu, ces dernières années, de plus en plus important. Il représentait seulement 10 % des utilisations du cobalt en 2001 et 38 % en 2012.
Le cobalt est employé dans les cathodes des batteries lithium-ion et Ni-hydrures métalliques ainsi que dans les batteries Ni-Cd.
Les batteries lithium-ion sont actuellement celles qui ont la plus grande capacité d’accumulation d’énergie par unité de masse. Elles sont en conséquence les mieux adaptées pour la mobilité électrique (appareillages portables et véhicules électriques). Le cobalt permet d’accroître leur densité énergétique, augmente leur stabilité et leur longévité.
Dans les batteries lithium-ion, sont employés : le cobaltate de lithium, LiCoO₂, dans les batteries LCO (Lithium-Cobalt-Oxyde), l’oxyde de lithium, nickel, manganèse, cobalt pour les batteries NMC, l’oxyde de lithium, nickel, cobalt, aluminium pour les batteries NCA, l’oxyde de manganèse-lithium pour les batteries LMO, le phosphate de fer-lithium pour les batteries LFP. Seules les batteries LCO, NMC et NCA renferment du cobalt. Les batteries LMO et LFP n’en contiennent pas.

Les batteries LCO, représentent, en 2016, 21 % de la demande en batteries lithium-ion. Elles présentent l’avantage de posséder la plus grande capacité d’énergie par unité de masse mais l’inconvénient de s’enflammer lorsque la température dépasse 150°C. Elles sont principalement réservées à une utilisation dans l’électronique portable.
Dans les batteries LCO, le matériau de la cathode contient 60 % en masse de cobalt sous forme de cobaltate de lithium, LiCoO₂.
Dans les batteries NMC, la teneur en cobalt de la cathode est comprise entre 6 et 21 %, en fonction de la composition de la cathode. Les plus riches en cobalt sont les batteries NMC 111, les plus pauvres les batteries NMC 811, les chiffres exprimant les rapports atomiques entre les éléments nickel, manganèse et cobalt. Elles représentent, en 2016, 26 % de la demande en batteries Li-ion. Elles sont particulièrement employées pour les véhicules électriques.
Les batteries NCA représentent, en 2016, 9 % de la demande en batteries Li-ion. Des batteries de ce type, construites par Panasonic équipent les véhicules Tesla.

En 2013, sur une consommation totale de 32 900 t de cobalt dans des batteries, les batteries lithium-ion LCO ont consommé 23 850 t, les batteries lithium-ion NMC, 5 700 t, les batteries Ni-hydrures métalliques, 2 200 t, les batteries Ni-Cd, 300 t.

Autres utilisations :

Superalliages : ce sont des alliages réfractaires pour des turbines à gaz et des turboréacteurs pour l’aéronautique. Exemple de composition : Co : 30 %, Cr : 20 %, Ni : 20 %, Fe : 14 %, Mo : 10 %, W : 5 %. Voir ce chapitre.
L’alliage Co-Cr (Co : 66 %, Cr : 29 %, Mo : 5 %) est utilisé pour réaliser des armatures de prothèses orthopédiques et dentaires.
Entre dans la composition d’outils de coupe carburés : ce sont des alliages frittés de carbure de tungstène dans une matrice de Co, exemple : WC : 88 %, Co : 12 %. Voir le chapitre consacré au tungstène.
Comme catalyseur en chimie : dans le procédé Fischer-Tropsch de synthèse d’hydrocarbures liquides à partir de gaz de synthèse (mélange de monoxyde de carbone et de dihydrogène) obtenu à partir de charbon (CTL : Coal To Liquid) ou de gaz naturel par vaporeformage (GTL : Gaz To Liquid). Des catalyseurs contenant 3 à 5 % en masse de Co₃O₄ avec 14 % de MoO₃, sur alumine, sont employés en pétrochimie pour désulfurer le gaz naturel et le pétrole par hydrogénation. Environ 70 % de la consommation dans ce secteur, en présence de manganèse sur un promoteur à base de bromure de sodium, est destinée à la synthèse de l’acide téréphtalique pour, principalement, la fabrication de PET (polytéréphtalate d’éthylène).
Le cobalt entre dans la composition des aimants permanents AlNiCo, et Sm-Co. La présence de cobalt (qui possède une température de Curie de 1121°C) permet de conserver des propriétés magnétiques à plus haute température que pour le fer seul (la température de Curie du fer est de 770°C). Ainsi un alliage 65 % atomique Fe – 35 % atomique Co a une température de Curie de 900-950°C. Les aimants AlNiCo renferment en % atomique, 62 % de Fe, 21 % de Ni, 12 % de Al et 5 % de Co. Les aimants samarium-cobalt ont la formule suivante : Co₅Sm. La consommation mondiale, dans ce secteur d’application, est à 70 % dans les alliages AlNiCo et 20 % dans les alliages Sm-Co.
Dans des alliages à coefficient de dilatation thermique nul avec la composition suivante : Co : 54 %, Fe : 36 %, Cr : 9 %.
Les alliages durs à base de cobalt sont massivement employés dans la robinetterie nucléaire et en particulier dans le circuit primaire des réacteurs à eau sous pression.
Sous forme d’oxyde Co₃O₄ (verts et bleus de cobalt) dans des verres, émaux et céramiques. Le bleu de cobalt, est obtenu avec un aluminate de cobalt CoAl₂O₄, de structure spinelle. L’oxyde de cobalt est également employé à très faible teneur afin de supprimer la couleur jaune du verre due à la présence de traces d’oxyde ferrique.
L’isotope ⁶⁰Co est utilisé en radiothérapie, stérilisation d’aliments et en radiographie industrielle. Sa demi-vie est de 5,26 années. Il émet des rayons gamma et est employé dans 70 % des traitements de cancers par radiothérapie.
Des cibles de pulvérisation en cobalt sont employées pour déposer, sous vide, les couches magnétiques des disques durs.
Entre, sous forme de carboxylate (appelé savon de cobalt), dans la fabrication des pneumatiques à carcasse radiale afin d’améliorer l’adhérence acier-caoutchouc et comme siccatif dans les peintures, vernis et encres. Les peintures glycérophtaliques contiennent, en moyenne, 0,06 % de Co.
Sous forme de sulfate ou de carbonate, c’est un complément alimentaire pour le bétail afin de favoriser la synthèse de la vitamine B12. En effet, celle-ci appelée également cobalamine, contient en moyenne 4,5 % en masse de cobalt. Elle est synthétisée par fermentation bactérienne, en particulier dans la panse des ruminants.

Bibliographie

Cobalt Institute (CI), 18 Jeffries Passage, Guildford, Surrey, GU1 4AP, Royaume Uni.
A.S. Audion, C. Hocquard, J.P. Labbé, J.J. Dupuy, « Panorama mondial 2013 du marché du cobalt« , rapport public, BRGM/RP-63626-FR, mai 2014.J.
« Fiche de criticité – Cobalt« , BRGM, janvier 2021.
« La structure traditionnelle du marché du cobalt est bouleversée par les besoins de la mobilité électrique« , MinéralInfo, BRGM, décembre 2018.
P. Alves Dias et al, « Cobalt : demand-supply balances in the transition to electric mobility » JRC Science for Policy Report, European Commission, 2018.
S. van den Brink et al, « Identifying supply risks by mapping the cobalt supply chain« , Resources, Conservation and Recycling, 156, mai 2020.

Aluminium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
13	26,98 g.mol^-1	[Ne] 3s² 3p¹	cubique à faces centrées de paramètre a = 0,405 nm	143 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
2,702 g.cm^-3	1,5	660,4°C	2 467°C	37,7.10⁶ S.m^-1	237 W.m^-1.K^-1	insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	État d’oxydation le plus courant	pK_a : Al_(aq)³⁺/AlOH_(aq)²⁺	pK_s : Al(OH)₃
1,61	+3	5,0	32,5

Potentiels standards :

Al³⁺ + 2e = Al⁺	E° = -1,66 V
Al³⁺ + 3e = Al_(s)	E° = -2,76 V
Al⁺ + e = Al(s)	E° = -0,55 V

Données thermodynamiques

Aluminium cristallisé

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 28,3 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : C_p° = 24,4 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 10,9 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 284,2 kJ.mol^-1

Aluminium gazeux

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 329,7 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 289,1 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 164,4 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : C_p° = 21,4 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Matières premières

L’aluminium, à l’état oxydé, est l’élément métallique le plus répandu dans l’écorce terrestre, avec une teneur de 8 % en aluminium ou de 15 % exprimée en alumine, Al₂O₃. Il est présent surtout sous forme de silicoaluminates dans des argiles, schistes… contenant de 18 à 38 % de Al₂O₃, mais il est plus économique de récupérer Al₂O₃ à partir des bauxites proprement dites (présentes principalement en Europe, avec de faibles réserves) ou des latérites bauxitiques (présentes sous les climats tropicaux, avec d’importantes réserves). Par généralisation, les latérites bauxitiques sont également dénommées bauxites.

Minerais

La bauxite contient principalement de l’alumine hydratée, de 10 à 20 % d’oxyde de fer et environ 5 % de silice. Les teneurs sont généralement de 48 à 58 % en Al₂O₃ sous forme principalement de gibbsite ou d’hydrargillite (hydroxyde d’aluminium, Al(OH)₃) dans les latérites et de böhmite ou de diaspore (oxy-hydroxyde d’aluminium, AlO(OH)) dans les bauxites.

Les bauxites renferment une faible teneur, de 30 à 80 ppm, de gallium et sont la principale source de cet élément. Par exemple, en 2019, avec une production de 17,605 millions de t d’alumine, le groupe chinois Chalco a coproduit 98 t de gallium.
En Russie, en Sibérie et dans la péninsule de Kola, sont exploités également des minerais riches en néphéline (2SiO₂,Al₂O₃,Na₂O-K₂O), récupérés comme sous-produits de l’extraction des apatites destinées à l’industrie des engrais phosphatés ou des minerais riches en alunite (K₂SO₄,Al₂(SO₄)₃,4Al(OH)₃). En 2019, la production de néphéline du groupe UC Rusal, en Sibérie, à Kiya Shaltyr, a été de 4,244 millions de t.

Productions minières

En 2019, la production mondiale s’élevait à 353,772 millions de t de bauxite et celle de l’Union européenne (principalement en Grèce) à 1,929 million de t, en 2018.

en milliers de t de bauxite
Australie	105 176	Indonésie	16 593
Guinée	70 173	Jamaïque	9 022
Chine	68 400	Russie	5 572
Brésil	31 938	Arabie Saoudite	4 781
Inde	22 307	Kazakhstan	3 812

Source : « Commodity markets outlook », World Bank, oct. 2020

Les exploitations minières sont à 80 % à ciel ouvert. En général, dans ces exploitations, le gisement de bauxite se présente sous forme d’une couche horizontale de quelques mètres d’épaisseur (en moyenne de 7 à 8 m) située à faible profondeur, parfois moins d’un mètre, sur une surface de plusieurs km². Le sol recouvrant le gisement est généralement stocké afin, après exploitation, de réhabiliter le site.

L’Indonésie qui était, en 2013, le deuxième producteur mondial, avec 55,7 millions de t totalement exportées, quasi exclusivement vers la Chine, a vu sa production chuter à 2,6 millions de t, en 2014, du fait de l’interdiction d’exportation de la bauxite afin de développer son secteur industriel et en particulier sa transformation sur place. Afin d’approvisionner la Chine, la Malaisie a pris le relai, avec une production de 24,187 millions de t, en 2015, mais après une restriction des exportations de ce pays, c’est actuellement la Guinée qui a développé sa production afin d’assurer une grande partie des besoins de la Chine.

Exploitations minières australiennes

Figure 3.1 is a map of Australia showing the names, locations and sizes of major bauxite deposits. The map also shows the state boundaries and capital cities as well as the major geological provinces of the country. Bauxite deposits are displayed as filled orange circles split into six sizes according to the total in situ resources of bauxite. The six sizes are labelled '50 to 100 million tonnes', '100 to 500 million tonnes', '500 to 1000 million tonnes', '1000 to 2000 million tonnes', '2000 to 3000 million tonnes' and 'greater than 3000 million tonnes'. In addition, some circles are drawn with a heavy black line indicating that these deposits are operating mines. The map shows the greatest concentrations of significant bauxite deposits in Australia occur in Queensland on the west side of the Cape York Peninsula and in Western Australia in the Darling Range near Perth and along the Kimberly Coast in the north of the state. Operating mines are located in the Darling Range, at Weipa on the Cape York Peninsula and on the opposite side of the Gulf of Carpentaria at Gove in the Northern Territory.

Source : Geoscience Australia

La deuxième plus importante mine de bauxite au monde est celle de Huntly, propriété d’AWAC (Alcoa World Alumina and Chemicals), détenu à 60 % par Alcoa et 40 % par la société australienne Alumina Limited, qui exploite depuis 1976 le « Darling Range », en Australie de l’Ouest, au sud de Perth, où le gisement de bauxite est situé à environ 50 cm de profondeur sur une épaisseur moyenne de 7 mètres. La bauxite possède une faible teneur en alumine (de 28 à 33 %) et une teneur élevée en silice (28 %) avec toutefois une faible part de celle-ci (1 à 3 %) réactive lors de l’élaboration de l’alumine et donc entraînant une consommation plus élevée d’hydroxyde de sodium. Malgré ces inconvénients, les facilités d’exploitation rendent ce gisement particulièrement rentable. AWAC exploite également, dans le « Darling Range », depuis 1984, la mine de Willowdale. En 2019, la production des deux mines a été de 34,7 millions de t de bauxite. La mine de Huntly alimente les usines australiennes d’élaboration d’alumine de Pinjarra et Kwinana, celle de Willowdale, l’usine de Wagerup. Les réserves prouvées et probables dans le Darling Range sont de 128,2 millions de t renfermant en moyenne 32,9 % d’alumine.

La société South32 possède à 86 %, les 14 % restants étant détenus par des intérêts japonais, sur le même gisement, la mine de Boddington, avec une capacité de production de 18 millions de t/an. En 2019, la part de South32 a représenté 15,9 millions de t. La bauxite, avec une production de 3 200 t/h, est acheminée sur 51 km, à l’aide d’un convoyeur à bande, jusqu’à l’usine d’élaboration d’alumine de Worsley, à la vitesse de 26 km/h, puis l’alumine est transportée par 55 km de voie ferrée jusqu’au port de Bunburry pour être exportée. Les réserves prouvées et probables, au 30 juin 2020, sont de 257 millions de t renfermant 27,7 % de Al₂O₃.

Toujours en Australie, Rio Tinto, exploite des gisements plus riches (à plus de 50 % d’alumine) à Weipa (Queensland) et Gove (Territoire du Nord). La mine de Weipa, plus importante mine de bauxite au monde, exploite depuis 1961, une bauxite constituée à 55 % de gibbsite et 14 % de böhmite, avec des réserves prouvées et probables de 1,399 milliard de t à 53 % de Al₂O₃ et une production, en 2019, de 35,411 millions de t destinées principalement aux usines de production d’alumine de Gladstone. La mine de Gove, exploitée depuis 1971, avec des réserves prouvées et probables de 131 millions de t à 49,3 % de Al₂O₃, a produit, en 2019, 12,201 millions de t.

Exploitations minières guinéennes

La Guinée possède les plus importantes réserves au monde et sa production est presque totalement exportée.
La Compagnie des Bauxites de Guinée (CBG) exploite, depuis 1973, le gisement de Boké, situé sur le plateau de Sangaredi, qui contient, en moyenne, 53 % d’alumine et 2 % de silice. La société est détenue à 51 % par la joint venture Halco (45 % Alcoa, 45 % Rio Tinto, 10 % Dadco) et à 49 % par l’État guinéen. Les réserves prouvées et probables sont de 428 millions de t à 47,1 % de Al₂O₃, avec une production, en 2019, de 13,701 millions de t, transportée par voie ferrée sur 135 km jusqu’au port de Kamsar.

Le groupe russe UC Rusal a produit, en 2019, 7,205 millions de t avec l’exploitation du gisement de Kindia avec une production de 3,121 millions de t, celle du complexe de Friguia, construit par Pechiney en 1957 et vendu en 1997, avec une production de 1,304 million de t et celle du projet Dian-Dian, dans la région de Boké, avec une production de 2,780 millions de t et des réserves de 564 millions de t renfermant 59 % de Al₂O₃.

La Société Minière de Boké (SMB), contrôlée, à 22,5 %, par le groupe chinois China Hongqiao associé au transporteur singapourien Winning International Group, avec 40,5 %, au transporteur terrestre UMS International, avec 27 % et pour 10 % à État guinéen a débuté sa production mi-2015, avec, en 2018, une production de 36 millions de t totalement exportées vers la Chine. Le minerai est acheminé par voie routière jusqu’à 2 ports, Katougouma et Dapilon, sur le fleuve Nunez, puis sur des barges de 8 000 t jusqu’aux navires mouillés en haute mer, la Guinée ne disposant pas de port en eaux profondes, pour être livré au port de Yantaï, en Chine. La SMB a en projet la construction d’une voie ferrée de 135 km pour acheminer le minerai et d’une raffinerie pour transformer la bauxite en alumine. L’objectif de la SMB est de produire 50 millions de t en 2024.

Guinea Alumina Corporation, filiale du groupe des Émirats Arabes Unis, Emirates Global Alumina (EGA), développe toujours sur le gisement de Boké, un projet de mine d’une capacité de 12 millions de t/an de bauxite. Les premières exportations ont eu lieu en août 2019.

Le groupe chinois Chalco développe le projet de la mine de Boffa, avec 12 millions de t/an prévues et les premières exportations ont eu lieu en janvier 2020.

Divers autres projets sont développés par exemple par la société française Alliance Minière Responsable.

Exploitations minières brésiliennes

Le gisement le plus important, Porto Trombetas, dans l’ouest de l’État de Pará, est exploité depuis 1979, par la société Mineração Rio do Norte (MNR) détenue à 40 % par Vale, la production de Vale étant destinée à Hydro, 18,2 % par Alcoa (dont 9,6 % à travers AWAC), 14,8 % par South32, 12 % par Rio Tinto, 5 % par Hydro… Le gisement d’une épaisseur moyenne de 4 m est situé à une profondeur d’environ 8 m. La bauxite a une teneur d’environ 50 % en alumine. Les réserves prouvées et probables sont de 33 millions de t à 48,3 % de Al₂O₃. Le minerai est acheminé par 28 km de voie ferrée jusqu’à Porto Trombetas sur la rivière Trombetas, affluent de l’Amazone, puis par barges sur 1570 km jusqu’au port de Vila do Condo, sur l’Amazone, pour alimenter l’usine de production d’alumine d’Alunorte, propriété à 92 % d’Hydro, située à Barcarena. Le trajet dure 3 jours. En 2019, la production est de 11,060 millions de t.

Le gisement de Paragominas, situé dans l’est de l’État de Pará, est exploité depuis 2007 par le groupe Hydro. Il s’étend sur 1 000 km² avec une épaisseur moyenne de 2,2 m. Il renferme 50 % d’alumine et 4 % de silice réactive. Les réserves sont de 1 milliard de t. La bauxite est acheminée à l’aide d’un minéral-duc de 244 km jusqu’à l’usine de production d’alumine d’Alunorte à Barcarena. En 2019, la production a été de 7,4 millions de t.

Le gisement de Juruti, dans l’ouest de l’État de Pará est exploité depuis 2009 par AWAC. En 2019, la production est de 6,0 millions de t et les réserves prouvées et probables, de 98,9 millions de t renfermant 46,2 % de Al₂O₃. Le minerai est principalement destiné à alimenter l’usine de production d’alumine Alumar, à São Luis.

Principaux producteurs

En 2019, les principaux producteurs sont les suivants :

en millions de t
Rio Tinto (Canada)	55,1	UC Rusal (Russie)	16,0
AWAC (États-Unis, Australie)	47,4	Chalco (Chine)	14,8
South32 (Australie)	17,5	Hydro (Norvège)	8,0

Sources : rapports des sociétés

Rio Tinto, exploite en Australie la mine de Gove, avec, en 2019, une production de 12,201 millions de t et celle de Weipa, avec 35,411 millions de t, au Brésil, la part de Rio Tinto, 12 %, sur la mine de Porto Trombetas est de 1,327 million de t, en Guinée, la part de Rio Tinto, de 23 % dans le capital et de 45 % pour la production, dans l’exploitation de la mine de Boké est de 6,165 millions de t.
AWAC (Alcoa Worldwide Alumina and Chemicals), joint venture entre Alcoa (60 %) et Alumina Limited (40 %), exploite des mines en Australie à Huntly et Willowdale, avec, en 2019, une production de 34,7 millions de t, au Brésil au travers d’une participation de 18,2 % dans la mine de Porto Trombetas, avec 2,2 millions de t et de l’exploitation des mines de Pocos de Caldas et de Juruti, avec 6,3 millions de t, en Guinée au travers d’une participation dans la mine de Boké, avec 3,0 millions de t et en Arabie Saoudite, à Al Ba’itha, au travers d’une participation de 25,1 % dans Ma’aden, avec une part de 1,2 million de t.
South32 issu, en mai 2015, du groupe BHPBilliton, exploite sur le « Darling Range », en Australie de l’Ouest, la mine de Boddington, avec une capacité de production de 18 millions de t/an, avec 86 % de participation, la part de South32, en 2019, est de 15,9 millions de t. Par ailleurs, possède une participation de 14,8 % dans la mine de Porto Trombetas, au Brésil, avec, en 2019, une part de 1,6 million de t.
Le groupe UC Rusal, exploite des mines de bauxite, en Russie, avec la mine de Timan, près de Ukhta, dans la République de Komi, avec une production, en 2019, de 3,221 millions de t et celles du Nord de l’Oural, avec une production de 2,353 millions de t, en Guinée, les exploitations minières de Kindia, Friguia et Dian-Dian ont produit 7,205 millions de t, en Jamaïque, le complexe de Windalco a produit 1,856 million de t, au Guyana, la Bauxite Company of Guyana, détenue à 90 % a produit 1,412 million de t.
Chalco, exploite 18 mines en Chine avec des réserves prouvées et probables de 252,8 millions de t d’un minerai renfermant 59,79 % de Al₂O₃. Possède également à 60 % une mine au Laos et 3 mines en Indonésie, dont la production est suspendue. Par ailleurs, développe le projet de Boffa, en Guinée, avec une participation de 85 %, de 12 millions de t/an qui a commencé à produire début 2020. En 2019, a fourni 14,791 millions de t de bauxite à ses propres raffineries et s’est procuré par ailleurs 24,500 millions de t par des achats extérieurs.
Hydro, au Brésil, exploite la mine de Paragominas, avec une production, en 2019, de 7,4 millions de t et possède une participation de 5 % dans le capital et de 45 % pour la production avec la part de Vale dans la production de la mine de Porto Trombetas.

Commerce international

Principaux pays exportateurs

En 2019, les exportations minières s’élevaient à 136,221 millions de t, réparties comme suit :

en milliers de t
Guinée	60 549	Guyana	2 060
Australie	39 759	Sierra Leone	1 696
Indonésie	15 500	Turquie	1 457
Brésil	7 105	Iles Salomon	1 234
Jamaïque	3 036	Inde	1 208

Source : ITC

Le premier pays exportateur qui était, en 2013, l’Indonésie, avec 57 millions de t, dont 56,5 millions de t vers la Chine, a interdit l’exportation de bauxite à compter de 2014 afin de développer son secteur industriel et en particulier la transformation sur place de la bauxite. En conséquence, ses exportations ont chuté en 2014 pour atteindre 2,1 millions de t, devenir insignifiantes en 2015, puis reprendre à un niveau moindre depuis. L’arrêt des exportations indonésienne a entraîné une augmentation fulgurante de la production de la Malaisie et de ses exportations avec 27,9 millions de t, en 2015, destinées à 99 % à la Chine. Depuis 2017, la Guinée a pris le relai pour approvisionner la Chine.

En 2019, les exportations australiennes sont destinées à 98 % à la Chine.

Principaux pays importateurs

Les importations de 2019 représentaient un total de 133,993 millions de t, réparties principalement dans les pays suivants :

en milliers de t
Chine	100 665	Émirats Arabes Unis	3 236
États-Unis	4 991	Allemagne	2 550
Irlande	4 730	Inde	2 472
Espagne	4 159	Roumanie	1 545
Canada	3 680	Ukraine	1 443

Source : ITC

Les importations de la Chine proviennent à :

44 % de Guinée,
36 % d’Australie,
14 % d’Indonésie.

Les importations des États-Unis proviennent à :

66 % de Jamaïque,
16 % du Brésil,
8 % de Turquie.

Les importations de l’Union européenne ont été, en 2019, de 14,997 millions de t.

Réserves mondiales de bauxite

Les réserves sont de 30 milliards de t en 2019, situées principalement dans les pays suivants :

En millions de t
Guinée	7 400	Indonésie	1 200
Australie	6 000	Chine	1 000
Vietnam	3 700	Guyana	850
Brésil	2 600	Inde	660
Jamaïque	2 000	Russie	500

Source : USGC

Situation française

La plus grande partie de la production a été arrêtée fin 1991. Le maximum avait été atteint en 1973 avec 3,2 millions de t. Au total, la production a été de 100 millions de t de bauxite. Les gisements étaient situés dans le Var (Brignoles…), les Bouches du Rhône (Les Baux) et l’Hérault. Les réserves françaises de bauxite sont estimées à 70 millions de t. Une faible production (70 000 t, en 2013) est destinée à des applications non métallurgiques.

En 2019, les importations s’élevaient à 1,303 million de t en provenance de Guinée à 70 %, de Grèce à 21 % et de Chine à 4 %, tandis que les exportations étaient de 92 636 t vers l’Allemagne à 34 %, l’Italie à 16 %, la Pologne à 11 %, la Belgique à 11 %, la Suisse à 10 %.

Utilisations

Environ 95 % de la bauxite utilisée dans le monde est destiné à la fabrication de l’alumine (pour, à 90 %, produire de l’aluminium), le reste est utilisé dans les industries des ciments, des produits réfractaires et des abrasifs. En 2017, aux États-Unis, sur un total de 3,510 millions de t de bauxite consommée, la production d’alumine a utilisé 3,34 millions de t, les autres secteurs industriels (produits réfractaires, abrasifs et chimie), 169 000 t.

Élaboration de l’alumine

Fabrication industrielle

La fabrication industrielle est réalisée dans des raffineries, à partir de bauxite, selon le procédé Bayer. Le procédé, qui consiste à extraire l’alumine de la bauxite, en éliminant les impuretés présentes dans le minerai, utilise le caractère amphotère des hydroxydes d’aluminium qui sont solubles en milieu basique ce qui n’est pas le cas, par exemple, des oxydes de fer.

La bauxite est traitée par une solution d’hydroxyde de sodium, NaOH, concentrée et chaude. L’attaque, qui dure 2 jours, a lieu dans des autoclaves, sous 2 à 4 MPa, et entre 140 et 150°C pour les minerais riches en gibbsite, entre 220 et 270°C pour ceux riches en böhmite et entre 250 et 280°C pour ceux riches en diaspore. On sépare ainsi l’aluminium, en solution sous forme d’ions aluminates hydratés – (Al(OH)₄(H₂O)₂)^–, des oxydes de fer et de la silice, solides, qui donnent des « boues rouges ». Ensuite, l’hydroxyde d’aluminium, Al(OH)₃, précipite par dilution et refroidissement. La précipitation est initiée et contrôlée par une quantité importante d’amorce de Al(OH)₃ provenant de fabrications précédentes. Les réactions mises en jeu sont représentées par l’équation chimique ci-dessous avec déplacement de l’équilibre vers la droite lors de la dissolution et vers la gauche lors de la précipitation après élimination de la phase solide.

Al₂O₃,(7+n)H₂O + 2 OH^– = 2 (Al(OH)₄(H₂O)₂)^– + n H₂O

Lors de la précipitation de l’alumine, l’hydroxyde de sodium est régénéré. Toutefois, la présence de silice dans le minerai, entraîne une consommation d’hydroxyde de sodium et d’alumine par formation d’un silicoaluminate de sodium de formule : 5SiO₂,3Al₂O₃,3Na₂O,5H₂O. En conséquence, les bauxites à haute teneur en silice susceptible de réagir sont économiquement pénalisées.

Les bacs de précipitation peuvent atteindre des volumes de 4 500 m³. L’alumine calcinée est obtenue par chauffage à 1200°C.

En 2017, il y a 80 raffineries, dans le monde. En Chine le nombre est passé de 7 usines, en 2001 à 49 usines en 2011.

Les résidus de traitement de la bauxite (boues rouges) représentent, en général, de 0,7 à 2 t/t d’alumine, soit, dans le monde, 182 millions de t/an. Au total, cela représente depuis l’exploitation du procédé Bayer, 3 milliards de t.

Composition des résidus de traitement de la bauxite :

Fe₂O₃	20 à 45 %	CaO	0 à 14 %
Al₂O₃	10 à 22 %	SiO₂	5 à 30 %
TiO₂	4 à 20 %	Na₂O	2 à 8 %

Sources : IAI et EAA

Consommations

Pour produire 1,9 t de Al₂O₃ (qui donne 1 t de Al) il faut :

Bauxite	4 à 5 t		Chaux	200 kg		Énergie : 380 kWh
Eau	13,5 t		NaOH	210 kg

Par exemple, la répartition des coûts de production, dans la raffinerie Alunorte, exploitée par Hydro, au Brésil, est, en 2017, la suivante :

Énergie	30 %		Hydroxyde de sodium	15 %
Bauxite	40 %		Divers	15 %

Source : Hydro

Productions

En 2019, la production mondiale s’élève à 131,910 millions de t de Al₂O₃ dont 5,483 millions de t, pour l’Union européenne. Les principaux pays producteurs sont les suivants :

En milliers de t de Al₂O₃
Chine	73 000	Jamaïque	2 100
Australie	20 000	Irlande	1 875
Brésil	8 900	Arabie Saoudite	1 800
Inde	6 700	Ukraine	1 715
Russie	2 700	États-Unis	1 600

Source : USGC, IAI et rapports des sociétés productrices

La production chinoise, en 2016, était de 60,827 millions de t dont 58,382 millions de t d’alumine métallurgique et 2,445 millions de t d’alumine non métallurgique. En 2000, la production chinoise totale était de 4 millions de t.

Production australienne : en 2019 :

Alcoa, à travers AWAC, a produit 9,555 millions de t dans ses raffineries de Pinjarra avec 4,678 millions de t, Kwinana avec 2,066 millions de t et Wagerup avec 2,811 millions de t situées dans l’Ouest.
Rio Tinto, a produit, en 2019, 5,854 millions de t dans les raffineries de Gladstone QAL, dans le Queensland avec 80 % de la production soit 2,763 millions de t, alimentée par la bauxite du gisement de Weipa et Gladstone Yarwun, dans le Queensland avec 3,091 millions de t.
South32 a produit, en 2019-20, 3,886 millions de t, avec une participation de 86 % dans la raffinerie de Worsley, en Australie de l’Ouest.
UC Rusal a produit 691 000 t avec 20 % de participation dans la raffinerie de Gladstone QAL.

Production brésilienne : la raffinerie d’Alunorte, détenue à 92 % par Hydro, située à Barcarena, dans l’État de Pará, a produit, en 2019, de 4,5 millions de t. Elle est approvisionnée à 35 % par de la bauxite livrée en bateaux, sur un trajet de 1 570 km sur l’Amazone, par MNR à partir des mines de Porto Trombetas et à 65 % par de la bauxite livrée sous forme de pulpe à partir de la mine de Paragominas, exploitée par Hydro, à l’aide d’une canalisation de 244 km. Une partie de l’alumine produite alimente les électrolyses de production d’aluminium d’Albras à Barcarena et Valesul à Rio de Janeiro. L’essentiel de la production, à environ 80 %, est exporté.
La raffinerie Alumar, située à São Luis, dans l’État de Maranhão, détenue à 54 % par AWAC, 36 % par South32 et 10 % par Rio Tinto, a produit, en 2019, 3,679 millions de t.

Dans l’Union européenne, il y a, en 2019, 7 usines de production, dont une dans chacun des pays suivants :

France, à Gardanne (13) exploitée par Alteo avec 635 000 t/an,
Allemagne, à Stade, exploitée par Dadco avec une capacité de 1 million de t/an,
Espagne à San Ciprian, exploitée par AWAC avec 1,595 million de t, en 2019,
Irlande, à Anghinish, exploitée par UC Rusal avec 1,893 million de t en 2019,
Grèce, à Distomon exploitée par Mytilineos avec 820 100 t, en 2019,
Hongrie, à Ajka exploitée par MAL Magyar,
Roumanie, à Tulcea, exploitée par Alum , filiale du groupe Vitmeco, avec 460 911 t en 2019. La raffinerie est approvisionné avec de la bauxite provenant de la mine de Sierra Leone du groupe qui a produit, en 2019, 1,884 million de t de bauxite.

Producteurs

Les principaux producteurs sont, en 2019, les suivants :

en millions de t.
Chalco (Chine)	17,6	Rio Tinto (Canada)	7,7
AWAC (États-Unis)	13,3	Jinjiang Group (Chine)	6,4
Hongqiao Group (Chine)	12 à 13	South32 (Australie)	5,3
Xinfa Group (Chine)	12 à 13	Hydro (Norvège)	4,5
UC Rusal (Russie)	7,9	SPIC (Chine)	2,7

Sources : Al Circle et rapports des sociétés

Chalco, en 2019, possède, en Chine, une capacité de production de 18,86 millions de t/an avec l’exploitation de 10 raffineries qui ont produit 17,6 millions de t d’alumine, 13,8 millions de t destinées à la métallurgie de l’aluminium et 3,8 millions de t destinées à d’autres applications. Le groupe a été approvisionné par 39,291 millions de t de bauxite provenant à 37,6 % de ses propres mines. Chalco a produit, en 2019, 21,9 % de l’alumine chinoise.
AWAC (Alcoa Worldwide Alumina and Chemicals), joint venture entre Alcoa (60 %) et Alumina Limited (40 %) exploite 5 raffineries en Australie (voir ci-dessus), au Brésil à São Luis avec 39,96 % de Alumar et 1,470 million de t, en Espagne, à San Ciprián, avec 1,595 million de t et possède une participation de 25,1 %, dans Ma’aden, en Arabie Saoudite avec une part de 0,44 million de t.
UC Rusal, exploite en Russie, les raffineries d’Achinsk, avec, en 2019, 823 000 t, de Bogoslovsk, avec 1,017 million de t et d’Urals avec 915 000 t, en Irlande, la raffinerie d’Anghinish avec 1,893 million de t, en Jamaïque, la raffinerie de Windalco avec 461 000 t, en Ukraine, la raffinerie de Nikolaev avec 1,690 million de t, en Guinée, la raffinerie de Friguia qui a redémarré en 2018, avec 368 000 t et en Australie, 691 000 t avec 20 % de participation dans la raffinerie de Gladstone QAL, dans le Queensland.
Rio Tinto, outre ses raffineries australiennes (voir ci-dessus), produit de l’alumine au Canada, à Jonquières, avec en 2019, 1,522 million de t et à São Luis, au Brésil avec 10 % de la production, soit 368 000 t.
South32, exploite, en Australie la raffinerie de Worsley avec, en 2019-20, une production de 3,886 millions de t et possède une participation de 36 % dans la raffinerie de São Luis, au Brésil, avec 1,383 million de t.
Hydro, exploite au Brésil la raffinerie Alunorte, à Barcarena dans l’état de Pará (voir ci-dessus).

Commerce international

Pays exportateurs

Les principaux pays exportateurs sont, en 2019, sur un total de 37,527 millions de t :

en milliers de t
Australie	17 044	Inde	1 361
Brésil	7 025	Indonésie	1 081
Jamaïque	2 174	Espagne	877
Irlande	1 891	Kazakhstan	766
Ukraine	1 690	Vietnam	511

Source : ITC

Pays importateurs

Les principaux pays importateurs sont, en 2019, sur un total de 34,888 millions de t :

en milliers de t
Émirats Arabes Unis	5 250	États-Unis	1 682
Russie	4 928	Chine	1 645
Canada	3 972	Islande	1 598
Norvège	2 511	Malaisie	1 501
Inde	2 431	Afrique du Sud	1 370

Source : ITC

Les importations des Émirats Arabes Unis proviennent à 81 % d’Australie, 8 % du Vietnam, 7 % d’Inde.

Les importations de l’Union européenne ont été, en 2018, de 3,148 millions de t pour 3,774 millions de t d’exportations.

Divers types d’alumines

On distingue (voir les chapitres correspondants) :
– Les alumines hydratées,
– Les alumines de transition,
– L’alumine alpha ou corindon.

Secteurs d’utilisation

En 2019, sur une production mondiale de 131,910 millions de t, 123,525 millions de t d’alumine ont été destinées à l’élaboration de l’aluminium et 8,385 millions de t à des applications non métallurgiques.

Les principaux secteurs d’utilisation, hors matière première pour la fabrication de l’aluminium (95 % de la consommation d’alumine est utilisé pour élaborer l’aluminium), sont les suivants :

Matériaux réfractaires	25 %	Charges de papiers, plastiques	12 %
Traitement de l’eau, papeteries	25 %	Fondant (industrie de Al)	12 %
Adsorbant, catalyseur	12 %	Abrasif, verres, émaux	12 %

Situation française

La production est, en 2017, de 300 000 t de Al₂O₃.

Une seule usine, exploitée depuis août 2012 par Alteo qui a pris la suite de Rio Tinto Alcan qui avait succédé à Alcan et elle-même à Pechiney, est en fonctionnement, à Gardanne (13). Elle traite de la bauxite importée avec une capacité de production d’alumines de 635 000 t/an destinées à 80 % à des usages non métallurgiques, ce qui en fait le n° 2 mondial de production des alumines de spécialité. C’est dans cette usine, en 1894, que fut réalisée la première exploitation industrielle du procédé Bayer.
Les « boues rouges » (173 784 t en 2014) de l’usine, après lavage, étaient transportées, depuis 1966, par une canalisation de 30 cm de diamètre sur 40 km et déversées à 7 km au large de Cassis dans une fosse sous-marine de 2 400 m de profondeur. Depuis le 1^er janvier 2016, les « boues rouges » sont filtrées, les résidus solides sont soit stockés à terre sur le site de Mange-Garri à Bouc Bel Air soit valorisés sous forme d’un produit solide la Bauxaline^®obtenue après séchage dans un filtre-presse. La production est de 350 t/jour. Ce produit (constitué à environ 50 % de Fe₂O₃ et 15 % de Al₂O₃avec un pH de 10) est destiné aux travaux publics (remblais routiers), au bâtiment, à la réhabilitation de centres d’enfouissement de déchets, à l’horticulture comme substrat de cultures… La solution obtenue après filtration est pour l’instant évacuée dans la fosse de Cassis après, depuis mars 2019, un traitement au dioxyde de carbone qui permet une neutralisation et une diminution des concentrations en aluminium et en arsenic.

Début 2021, a été annoncée la prise de contrôle d’Alteo par le groupe guinéen United Mining Supply avec l’arrêt à terme de l’exploitation du procédé Bayer, l’alumine étant achetée à l’extérieur.

Commerce extérieur : en 2019.

Oxyde :
- Exportations : 326 316 t à 17 % vers la Belgique, 13 % vers l’Allemagne, 10 % l’Italie, 8 % le Japon.
- Importations : 738 353 t à 81 % d’Irlande, 8 % de Grèce, 4 % d’Espagne.
Hydroxyde :
- Exportations : 23 181 t à 38 % vers l’Italie, 24 % le Maroc, 9 % l’Allemagne, 6 % la Suisse.
- Importations : 53 188 t à 33 % d’Allemagne, 19 % de Grèce, 17 % des États-Unis, 11 % des Pays Bas.

Élaboration de l’aluminium

Par électrolyse de l’alumine, en sel fondu, dans des fonderies.

La température de fusion de Al₂O₃étant très élevée (2 040°C) on ajoute principalement de la cryolithe (AlF₃3NaF) pour obtenir une fusion vers 960°C. La cryolithe est obtenue par synthèse (voir le produit alumines hydratées).

La composition moyenne d’un bain d’électrolyse est la suivante : 83 % de cryolithe, 7 % de AlF₃, 5 % de CaF₂, 5 % de Al₂O₃.
La cathode est constituée par le creuset, en graphite, de la cellule d’électrolyse qui possède une masse de 50 t pour une durée de vie de 5 ans. Par exemple, la construction de l’usine d’électrolyse Rio Tinto Alcan de Dunkerque (59), qui a commencé en 1992, a nécessité 9 000 t de produits carbonés pour le garnissage des cuves. Les anodes, généralement précuites, sont en carbone et sont consommées, en moyenne, en 26 jours. Elles sont élaborées à partir de coke de pétrole et de brai, dans l’usine de production d’aluminium. Pour produire en un an 170 000 t d’aluminium il faut 200 000 anodes de 400 kg chacune (voir le chapitre consacré au graphite artificiel). Les réactions se produisant lors de l’électrolyse sont extrêmement complexes. Globalement, on peut écrire les équations suivantes :
- A la cathode : 2/3 Al₂O₃= 4/3 Al + O₂
- A l’anode : C + O₂ = CO₂
Caractéristiques de l’électrolyse : tension : 4 V, intensité : 180 000 à 600 000 A (390 000 A puis 415 000 A à compter de 2021, à Dunkerque). A Dunkerque, pour une capacité de production de 270 000 t, 264 cuves sont montées en séries dans 2 halls de 850 m de long. Les cellules ont les dimensions suivantes : longueur de 9 à 16 m, largeur de 3 à 4 m, hauteur de 1 à 1,5 m. Les capacités de production, par cuve, peuvent atteindre jusqu’à 4,5 t de Al/48 h. En 2012, pour une production de 250 000 t, les consommations ont été les suivantes :
- alumine : 491 051 t,
- coke : 96 048 t,
- brai : 19 450 t,
- électricité : 3 629 GWh,
- gaz naturel : 223 GWh.

A Dunkerque, l’approvisionnement en énergie représente, en 2014, 23 % des coûts de production.

Les cuves d’électrolyse sont soigneusement capotées afin d’éviter, au maximum, des rejets de produits fluorés. Ces rejets (principalement HF) atteignaient de 3 à 12 kg de fluor par t d’aluminium dans les années 1950. A Dunkerque, en fixant, par de l’alumine, HF dans les rejets gazeux (3 m³/s de gaz émis par cuve) et en formant ainsi AlF₃ qui est recyclé, les émissions de produits fluorés sont, en 2014, de 0,48 kg de fluor/t de Al, soit 130 t. Au niveau mondial les émissions sont, en 2018, de 0,56 kg de fluor/t de Al, soit, 37 000 t.

L’une des usines la plus importante, au monde, située à Bratsk, en Russie, a produit, en 2019, 1 008 000 t d’aluminium soit 26 % de la production russe. Elle consomme 75 % de l’énergie produite par le barrage voisin situé sur l’Angara.

Consommations

Pour produire 1 t de Al 1^ère fusion il faut, en moyenne, en Europe, en 2010 :

Bauxite	4 326 kg	Anode (carbone)	440 kg
Hydroxyde de sodium	102 kg	AlF₃	16 kg
Chaux	81 kg	Énergie	13 000 à 15 000 kWh
Alumine	1 922 kg

Source : EAA

Décomposition du prix de revient de Al 1^ère fusion :

Matières premières	15 %		Main d’œuvre	16 %
Énergie	30 %		Amortissement, frais financiers	39 %

L’énergie, représente 37,5 %, du coût total (incluant extraction minière, transformation en alumine et électrolyse) de l’aluminium primaire produit en Australie. Dans ce pays les coûts se répartissent entre : 4 % pour l’extraction de la bauxite, 25 % pour l’élaboration de l’alumine et 71 % pour l’élaboration de l’aluminium.

Consommation d’énergie selon les différentes sources, en 2019, en TWh :

	Monde	Europe	Amérique du Nord	Chine
Totale	848,485	116,450	54,981	484,342
Hydroélectricité	210,154	93,055	45,169	37,294
Charbon	509,393	6,153	7,464	426,705
Gaz naturel	90,733	2,062	0,677	0
Nucléaire	13,828	7,258	0,758	5,812
Autres renouvelables	23,099	6,754	0,885	14,530

Source : IAI

La consommation d’énergie était de 80 000 kWh/t à la fin du XIX^ème siècle (l’intensité d’électrolyse étant de 4 000 A), 21 000 kWh/t en 1950, 17 000 kWh/t en 1980, de 13 500 à 15 500 kWh/t actuellement. En 2019, dans le monde, elle est, en moyenne, de 14 255 kWh/t, en Europe, de 15 474 kWh/t, en Amérique du Nord, de 15 499 kWh/t, en Chine, de 13 531 kWh/t.

Le prix de l’énergie électrique (environ 1/3 des coûts de production de l’aluminium) est un facteur important dans le choix de l’implantation des usines d’électrolyse. En France, le choix des implantations dans les Alpes (Saint Jean de Maurienne) et les Pyrénées (Lannemezan, arrêtée) a été lié à la production d’hydroélectricité. Le choix du site de Dunkerque a été lié à la proximité de la centrale nucléaire de Gravelines.
Les producteurs disposant de ressources propres en hydroélectricité sont avantagés, par exemple Rio Tinto au Québec, Rusal en Russie, Hydro en Norvège. Il en est de même pour les producteurs disposant de sources d’énergie peu chères, gaz naturel pour les pays du Golfe, géothermie pour l’Islande. Dans le monde, en 2019, la part d’autoproduction d’énergie est de 54,9 %, en Europe, de 2,8 %, en Amérique du Nord de 48,0 %, en Chine de 65,2 %.

La pureté de l’aluminium de première fusion obtenu est comprise entre 99,5 et 99,9 % de Al.

Aluminium raffiné

A côté de la principale qualité d’aluminium, comprise entre 99,5 et 99,9 %, il y a des besoins en aluminium raffiné à 99,99 % (4N), 99,999 % (5N) ou 99,9995 % (5N5). L’aluminium 4N est principalement utilisé dans la fabrication de condensateurs électriques, l’aluminium 5N est utilisé dans les écrans plats LCD et comme cibles de pulvérisation cathodique dans certaines technologies de fabrication de panneaux solaires, l’aluminium 5N5 est utilisé principalement comme cibles de pulvérisation cathodique dans la fabrication de semi-conducteurs. Deux techniques de raffinage sont utilisées :

L’électrolyse en sel fondu (raffinage 3 couches) : l’aluminium primaire, densifié grâce à l’addition de 25 à 30 % de Cu est fondu à 750°C et forme, dans le fond de la cuve d’électrolyse, l’anode. L’électrolyte fondu est situé au-dessus, lui même étant surmonté par l’aluminium raffiné qui forme la cathode. Al est transporté de l’anode à la cathode d’où il est extrait. 2 procédés se différencient par la nature de l’électrolyte. Le procédé Gadeau-Pechiney utilise le mélange : BaCl₂ : 60 %, AlF₃ : 23 %, NaF : 17 %. Ce procédé était utilisé dans l’usine Pechiney de Mercus (09) rachetée successivement par Alcan, en 2003, puis Praxair, en 2006. Cette production a été arrêtée depuis.
La cristallisation fractionnée, soit par ségrégation, soit par fusion de zone : ce type de raffinage repose sur les équilibres thermodynamiques entre l’aluminium et les différentes impuretés qu’il contient initialement. Les impuretés formant un système binaire eutectique avec l’aluminium ont tendance à être séparées de l’aluminium tandis que les impuretés formant un système binaire péritectiques avec l’aluminium ont tendance à se concentrer dans l’aluminium. Une série de fours de ségrégation permettant d’obtenir des puretés allant de 4N à 5N5 est en activité, en France, sur le site Praxair-Linde à Mercus (09), avec une production comprise entre 300 et 500 t/an.

Productions d’aluminium primaire

La production mondiale s’élevait, en 2019, à 64,285 millions de t dont 2,330 millions de t pour l’Union européenne. Les principaux pays producteurs sont les suivants :

en milliers de t
Chine	35 044	Vietnam	1 374
Russie	3 896	Bahreïn	1 365
Inde	3 524	Norvège	1 279
Canada	2 854	États-Unis	1 126
Émirats Arabes Unis	2 579	Arabie Saoudite	967
Australie	1 570	Malaisie	760

Source : « Commodity markets outlook », World Bank, oct. 2020

De 1888 à 2018, la production totale d’aluminium a été de plus de 1 400 millions de t.

Usines de production

Dans le monde il y a 231 usines de production d’aluminium primaire dans 45 pays.

Dans l’Union européenne, 16 usines fonctionnent, en 2019. Sur les 26 usines en production, en 2007, 11 ont fermé.
La production a lieu, en 2019, en :
- Allemagne, avec 507 900 t, à Hamburg, Essen, Voerde, par Trimet et Neuss, par Alunorf détenu à 50/50 par Hydro et Novelis,
- Espagne, avec 470 400 t, à San Ciprian, par Alcoa et La Corogne et Aviles, par le Groupe Riesgo,
- France, avec 379 200 t, à Dunkerque par Alvance Aluminium et Saint Jean de Maurienne par Trimet,
- Roumanie, à Slatina avec 280 300 t, par Alro, filiale de Vimetco,
- Grèce, à Distomon avec 184 800 t, par Aluminium of Greece,
- Slovaquie, avec 174 800 t, à Ziar nad Hronom, par Hydro,
- Suède, à Kubikenborg avec 120 000 t, par UC Rusal,
- Slovénie, à Kidricevo avec 84 000 t, par Talum, détenue à 86 % par le Groupe Eles,
- Pays Bas, à Delfzijl avec 81 100 t, par le groupe Klesch,
- Royaume Uni, à Lochaber avec 48 000 t, par le groupe Gupta, via la société Alvance Aluminium.
au Canada, 90 % de la production est réalisée au Québec avec 8 usines,
aux États-Unis, 7 usines sont en fonctionnement,
11 usines en Russie,
7 en Norvège.

La production japonaise primaire est actuellement nulle alors qu’elle était de 1,6 million de t en 1977. La production d’aluminium de deuxième fusion est par contre importante avec 795 400 t en 2019. Les importations sont de 2,588 millions de t d’aluminium brut allié et non allié.

Évolution de la production mondiale :

1886	1949	1973	1995	2012	2019
13 t	1,3 million t	13 millions t	20 millions de t	45 millions de t	64 millions de t

C’est actuellement le 1^er métal non ferreux consommé : sa production a dépassé celle de l’étain en 1923, du plomb en 1943, du zinc en 1954, du cuivre en 1958.

Évolution de la production mondiale de quelques métaux : en millions de tonnes (aluminium de première fusion et cuivre raffiné non allié) d’après l’Annuaire Statistique Mondial des Minerais et Métaux (SIM et BRGM) jusqu’en 1999 et l’USGS depuis.

Producteurs

Les principaux producteurs d’aluminium de première fusion, en 2019, sont les suivants :

en milliers de t
China Hongqiao Group	5 644	Emirates Global Aluminium (EAU)	2 600
Chalco (Chine)	3 788	Alcoa (États-Unis)	2 135
UC Rusal (Russie)	3 757	Hydro (Norvège)	2 038
Xinfa Group (Chine)	3 400	Vedanta (Inde)	1 904
Rio Tinto (Canada)	3 171	East Hope Group (Chine)	1 800

Sources : Hydro et rapports d’activités des sociétés

Chalco, possède, en 2019, en Chine, d’une capacité de production de 4,591 millions de t d’aluminium, avec 10 unités de production, la plus importante, celle de Baotou Aluminium, de 1,340 million de t/an ayant produit 1,315 million de t.
UC Rusal, société fondée en 2007 par fusion entre Rusal, Sual et les actifs dans l’aluminium de la société suisse Glencore, regroupe l’essentiel de l’industrie russe de l’aluminium en exploitant des usines d’électrolyse principalement en Russie, avec un total, en 2019 de 3,757 millions de t, en Russie à Bratsk avec, 1,008 million de t, Krasnoyarsk avec 1,018 million de t, Sayanogorsk avec 539 000 t, Novokuznetsk avec 215 000 t, Khakas avec 294 000 t, Irkutsk avec 422 000 t, Kandalaksha avec 72 000 t, Volgograd avec 64 000 t et en Suède, à Kubikenborg, avec 120 000 t.
Rio Tinto a acquis Alcan en 2007 qui avait absorbé Pechiney fin 2003. Le groupe possède des capacités de production d’hydroélectricité suffisantes pour répondre à la moitié de ses besoins. Les usines de production sont situées :
- au Canada, dans la province du Québec, à Alma, avec 472 000 t, en 2019, Arvida, avec 235 000 t, Grande Baie, avec 233 000 t, Laterrière, avec 257 000 t, Alouette (Sept-Îles), avec 40 % de participation d’une production de 602 000 t, soit 241 000 t, Bécancour, avec 25,1 % d’une production de 77 000 t, soit 19 000 t et dans la province de Colombie Britannique, à Kitimatt, avec 385 000 t,
- en Australie, à Bell Bay, avec 189 000 t, Boyne Island, avec 59,4 % d’une production de 499 000 t, soit 296 000 t, Tomago, avec 51,6 % d’une production de 588 000 t, soit 303 000 t,
- en Nouvelle-Zélande, à Tiwai Point, avec 79,4 % d’une production de 351 000 t, soit 279 000 t,
- en Islande, à Reyjavik, avec 184 000 t,
- en Oman, à Sohar, avec 20 % de 391 000 t, soit 78 000 t.

Carte des implantations de Rio Tinto Alcan au Québec (document Rio Tinto Alcan que nous remercions).

Au Québec, les usines de production d’aluminium primaire sont situées soit sur le fleuve Saint-Laurent, à Sept-Îles et Bécancour soit sur la rivière Saguenay et la rive du Lac Saint-Jean. La bauxite et les autres matières premières arrivent par le Saint-Laurent et la Saguenay jusqu’au port, en eaux profondes, de Port Alfred. Une voie ferrée de 142 km permet de relier les différentes usines de la société. La bauxite est transformée en alumine à Vaudreuil, proche de Jonquière puis acheminée vers les usines d’électrolyse d’Alma, Arvida, Laterrière et Grande Baie. Environ 90 % de l’énergie électrique nécessaire à l’électrolyse est produite en propre dans 6 centrales hydroélectriques d’une puissance totale de 3 135 MW.

Emirates Global Aluminium, est une coentreprise des Émirats Arabes Unis qui regroupe les activités de Dubaï Aluminium et d’Emirates Aluminium. Les usines d’électrolyse sont situées, à Jebel Ali, à Dubaï, avec une capacité de production de 1 million de t/an avec 1 577 cellules et à Al Taweelah, à Abu Dhabi, avec une capacité de production de 1,3 million de t/an avec 1 200 cellules ce qui en fait la plus grande usine d’électrolyse d’aluminium au monde. La pureté moyenne de l’aluminium obtenu est de 99,91 %. Les puissances électriques installées sont respectivement de 2 350 et 3 100 MW et les électrolyse sont réalisées sous 400 000 ou 450 000 A. La production est, à 90 %, exportée.

Alcoa produit de d’aluminium primaire avec, en 2019, une capacité de production de 3,993 millions de t/an dont 766 000 t sont à l’arrêt.
- aux États-Unis, à Evansville, dans l’Indiana, avec une capacité de production de 269 000 t/an, à Massena West, dans l’état de New-York, avec 130 000 t/an, et dans l’état de Washington, à Ferndale, avec 279 000 t/an et Wenatchee, avec 146 000 t/an,
- au Canada, dans la province du Québec, à Baie Comeau, avec 280 000 t/an, à Deschambault, avec 260 000 t/an et à Bécancour, avec 74,95 % d’une capacité de production de 413 000 t/an, soit 310 000 t/an,
- en Espagne, à San Ciprián, avec 228 000 t/an,
- en Norvège, à Lista, avec 94 000 t/an et Mosjøen, avec 188 000 t/an,
- en Islande, à Fjaðaál, avec 344 000 t/an,
- en Australie, à Portland, avec 55 % d’une capacité de production de 358 000 t/an, soit 197 000 t/an,
- au Brésil, à São Luis, avec 60 % d’une capacité de production de 447 000 t/an, soit 268 000 t/an.

En novembre 2016, Alcoa a séparé ses activités en deux sociétés, l’une gardant le nom d’Alcoa avec les productions minières, d’alumine, d’aluminium primaire et la production d’énergie, l’autre, Arconic, regroupant les activités de transformation de l’aluminium et la production secondaire.

Alcoa possède en propre une puissance d’hydroélectricité de 1 471 MW et a produit, en 2018, 9,517 TWh.

Hydro, produit de l’aluminium primaire :
- en Norvège, à Suundal, avec en 2019, une capacité de production d’aluminium primaire de 421 000 t/an, à Årdal, avec 201 000 t/an, à Karmøy, avec 271 000 t/an, à Høyanger, avec 66 000 t/an et à Husnes, avec 193 000 t/an,
- en Slovaquie, à Ziar nad Hronom, avec 55,3 % de 175 000 t/an,
- en Allemagne, à Neuss, avec 50 % de Alunorf, et 235 000 t/an,
- au Qatar, avec 50 % de 318 000 t/an,
- au Brésil, à Albras, avec 50 % de 460 000 t/an,
- au Canada, à Alouette, avec 20 % de 122 000 t/an,
- en Australie, à Tomago, avec 12,4 % de la société et une part de 74 000 t/an.

En Norvège, pour approvisionner en électricité ses 5 usines d’électrolyse, Hydro possède 17 usines hydroélectriques avec une production de 9,150 TWh, en 2019.

Vedanta possède, en Inde, une capacité de production de 2,3 millions de t avec, en 2019, une production de 1,343 million de t à Jharsunguda dans l’État d’Odisha et de 561 000 t à Korba dans l’État de Chhattisgarth. L’alumine est produite à Lanjigarh, dans l’État d’Odisha avec une production de 1,811 million de t à partir de mines de bauxite captives pour 9 % des besoins, de mines de l’État d’Odisha pour 49 % et d’importations pour 42 %.
South32 a produit, un total de 986 000 t d’aluminium primaire :
- en Afrique du Sud, à Richards Bay, avec en 2019, 718 000 t,
- au Mozambique, à Maputo, avec une participation de 47,1 % et une production propre de 268 000 t,
Trimet, produit de l’aluminium primaire :
- en Allemagne à Essen, avec 165 000 t/an, à Hambourg, avec 130 000 t/an, à Voerde, avec 95 000 t/an,
- en France, à Saint-Jean de Maurienne (73), avec 145 000 t/an.

Commerce international de l’aluminium brut

Pays exportateurs

Les principaux pays exportateurs, en 2019, sont les suivants :

en milliers de t
Russie	2 737	Norvège	1 286
Canada	2 557	Malaisie	1 087
Émirats Arabes Unis	2 313	Pays Bas	873
Inde	1 962	Islande	690
Australie	1 467	Chine	578

Source : ITC

Les exportations de la Russie sont destinées à la Suisse à 20 %, aux Pays Bas à 14 %, au Japon à 12 %, aux États-Unis à 7 %.

Pays importateurs

Les principaux pays importateurs, en 2019, sur un total, en 2018, de 23,267 millions de t sont les suivants :

en milliers de t
États-Unis	3 997	Turquie	1 156
Japon	2 585	Pays Bas	974
Allemagne	2 459	Malaisie	897
Corée du Sud	1 508	Pologne	700
Italie	1 270	Espagne	698

Source : ITC

Les importations des États-Unis proviennent du Canada à 51 %, des Émirats Arabes Unis à 14 %, d’Australie à 7 %, de Russie à 6 %.

Recyclage

L’aluminium recyclé est appelé aluminium de deuxième fusion ou d’affinage ou secondaire.

Origines

Produit à partir de la récupération des déchets d’aluminium ou d’alliages à base d’aluminium, l’aluminium récupéré provient de deux origines :

les chutes de fabrication, qui donnent un déchet de composition connue, facilement recyclable, et les résidus de production et transformation du métal qui nécessitent des traitements plus complexes de préparation et d’affinage.
les objets usagers divers (véhicules, démolitions, emballages…) qui nécessitent triage manuel et/ou broyage suivi de tri par liqueur dense ou par flottation, avant affinage. La densité des alliages d’aluminium étant comprise entre 2,6 et 3,0, le choix d’une liqueur de densité légèrement supérieure à 3 permet leur récupération. Dans cette gamme de densité, est utilisée la suspension dans l’eau de particules de ferrosilicium qui présentent l’avantage d’être ferromagnétiques et donc de pouvoir être facilement récupérées.

Pour les déchets ménagers et les mâchefers d’incinération, un triage automatique est mis en œuvre en utilisant un séparateur magnétique à courants de Foucault. Un tambour rotatif (2 600 tours par minute) muni de puissants aimants permanents génère dans les métaux non ferreux à trier, des courants de Foucault qui créent un champ magnétique opposé au champ qui leur a donné naissance. Les objets en aluminium sont repoussés.

On distingue d’une part les usines d’affinage qui produisent, en général à partir de déchets, des alliages de moulage (surtout pour l’automobile : bloc-moteur, carters de boîtes de vitesse) et de l’aluminium destiné à désoxyder les aciers et d’autre part des fonderies qui produisent, en général à partir de chutes de fabrication, des alliages de corroyage sous forme de lingots, billettes et plaques.

En France, en 2019, 10 affineries et 7 usines de recyclage direct fonctionnent avec 500 000 t/an de capacité totale. La plus importante est exploitée par Regeal Affimet, société du groupe Aurea, à Compiègne (60) qui produit 50 000 t/an d’alliages d’aluminium.

Sources

L’automobile est la première source de déchets (95 % de l’aluminium utilisé dans ce secteur est recyclé).

Une autre source importante, particulièrement aux États-Unis, sont les boîtes-boisson.

Quelques chiffres

De 1886 à 2018, sur une production totale d’aluminium de 1 400 millions de t, 1 068 millions de t sont encore en utilisation dans les secteurs suivants :

à 34 % dans les bâtiments,
à 30 % dans les transports,
à 25 % dans les équipements électriques et mécaniques,
à 1 % dans les emballages.

Ce stock représentant environ 75 % de l’aluminium produit est susceptible d’être recyclé.

L’économie circulaire de l’aluminium simplifiée, en 2018, en millions de t de Al contenu, d’après « Global aluminium flow 2016 », IAI.

Les autres utilisations, exclues du stock d’aluminium en usage, concernent principalement l’aluminium employé dans la déoxydation de l’acier et qui peut être considéré comme perdu.

En 2012, l’aluminium recyclé provient à :

42 % des transports,
28 % des emballages,
11 % des équipements électriques et mécaniques,
8 % des bâtiments.

La production d’aluminium recyclé est économique : 95 % de l’énergie nécessaire pour produire l’aluminium est économisée. Il ne faut que 650 kWh/t de Al. Le recyclage de 1 t d’aluminium économise :

2,44 t de bauxite,
1,07 m³ d’eau,
26,6 MWh d’énergie,
6,9 t de rejets en équivalent CO₂.

Dans le monde :

Aux États-Unis, en 2019, recyclage de 3,4 millions de t, à 44 % de produits usagés (dont les boîtes-boisson représentent 44 % de la masse totale) et de 56 % de chutes de fabrication. Dans ce pays, en 2018, 60,9 milliards de boîtes-boisson ont été recyclés soit 63,6 %, la consommation ayant été de 88,4 milliards de boîtes.
En Europe, en 2015, le recyclage a représenté 10,5 millions de t, avec 220 usines. En Europe (UE + Suisse, Norvège et Islande), en 2018, recyclage de 76,1 % des boîtes boisson en aluminium, soit 34 milliards de boîtes et 457 000 t, avec un taux de 99 % en Allemagne, 98 % en Belgique, 95 % en Finlande, 75 % au Royaume Uni, 66 % en France.
En France, l’aluminium recyclable représente de 500 000 à 600 000 t/an. 70 % de cet aluminium est effectivement recyclé. Les taux de recyclage sont de :
- 85 % dans le bâtiment,
- 80 % dans le transport,
- 70 % dans les applications mécaniques et électriques,
- 65 % dans l’équipement ménager. Il couvre, en 2015, 47 % des besoins.

La production japonaise est exclusivement secondaire avec, en 2019, 795 400 t.

Situation française

Productions : en 2019, la production d’Al 1^ère fusion était de 402 000 t tandis que celle de 2^ème fusion était de 491 000 t.

Commerce extérieur : en 2019.

Les exportations d’aluminium non allié brut étaient de 46 178 t, à destination à :

35 % de l’Allemagne,
24 % de l’Italie,
13 % des Pays Bas,
6 % de République tchèque.

Les importations d’aluminium non allié brut étaient de 127 866 t, en provenance à :

36 % de Russie,
12 % du Cameroun,
10 % d’Arabie Saoudite,
10 % des Émirats Arabes Unis,
6 % d’Islande,

Producteurs d’aluminium primaire :

Trimet produit de l’aluminium primaire à Saint Jean de Maurienne (73), avec une capacité de production de 145 000 t/an à l’aide de 180 cuves d’électrolyse.
Le groupe Gupta, via la société Alvance Aluminium a acquis fin 2018 auprès de Rio Tinto l’usine d’aluminium primaire de Dunkerque (59), avec une production de 278 000 t, en 2019.

Utilisations

Consommations d’aluminium primaire, en 2019, dans le monde : 63,140 millions de t.

en milliers de t
Chine	35 244	Vietnam	1 405
États-Unis	4 926	Corée du Sud	1 157
Allemagne	1 988	Turquie	971
Inde	1 829	Italie	938
Japon	1 765

Source : « Commodity markets outlook », World Bank, oct. 2020

L’ensemble de la consommation mondiale d’aluminium totale, avec l’aluminium recyclé, dans le monde, en 2019 était de 89,8 millions de t dont, en 2017 :

47 % en Chine,
18 % dans le reste de l’Asie,
16 % en Europe,
14 % en Amérique du Nord.

Secteurs d’utilisation

Les principaux secteurs d’utilisation, y compris l’aluminium recyclé, étaient, en 2019 dans le monde, les suivants :

Transports	26 %	Équipements	11 %
Construction	24 %	Emballages	8 %
Électricité	11 %

Source : Hydro

Formes d’utilisation

En 2019, en Europe, la demande de demi-produits laminés a représenté 5,447 millions de t. Ils ont été destinés à :

23 % pour l’emballage,
22 % pour les transports,
18 % pour les feuilles minces,
11 % pour la construction.

Les demi-produits extrudés ont représenté 3,403 millions de t, destinées à :

41 % à la construction,
23 % au transport,
10 % aux équipements mécaniques,
4 % aux équipements électriques.

Utilisations diverses

L’aluminium est concurrencé par les plastiques et les matériaux composites, mais il tend toujours à remplacer l’acier et la fonte dans l’automobile et la construction ainsi que le cuivre dans l’électrotechnique : 1 kg d’aluminium assure les mêmes fonctions électriques que 2 kg de cuivre.

Boîtes-boisson

La consommation mondiale, en 2015, était de 320 milliards de boîtes, en fer blanc ou en aluminium, dont 5,1 milliards, en France.
Le corps de la boîte en aluminium est en alliage de la série 3000 (Al-Mn-Mg), le couvercle, plus épais, en alliage de la série 5000 (Al-Mg). Celui-ci représente 1/4 de la masse de la boîte (le gain de masse du modèle 202 a été obtenu en réduisant le diamètre du couvercle). Actuellement, une boîte de 355 mL pèse 12,97 g, elle pesait 20,38 g en 1973. Le métal entre pour 60 % dans le prix de revient des boîtes en aluminium. La cadence de production peut atteindre 2 000 boîtes par minute.

L’aluminium concurrence l’acier (voir le chapitre fer-blanc) pour la fabrication des boîtes-boissons. Aux États-Unis, quasiment toutes les boîtes sont en aluminium. En Europe, de 1980 à 2012, la part de marché de l’aluminium est passé de 24 % à 70 %.

Aux États-Unis, la consommation a été de 88,4 milliards de boîtes en 2018 soit 1,1 million de t de Al. En 2018, 63,6 % des boîtes sont récupérées après utilisation, représentant 682 621 t d’aluminium, et le métal est recyclé pour produire de nouvelles boîtes. On estime qu’une boîte est recyclée 4 fois par an.

En 2013, la consommation dans l’Union européenne de boîtes-boisson a été de 58,8 milliards de boîtes avec un taux de recyclage, de 70 %.

En France la consommation a été de 5,1 milliards de boîtes, en 2014, à 70 % en fer blanc. Une usine de production de boîtes en aluminium, exploitée par Ball Packaging Europe, est située à La Ciotat (13). Constellium, recycle des boîtes-boisson à Neuf-Brisach (68).

Aéronautique et spatial

Dans un Airbus A 340, 66 % des 118 t, est en aluminium.

60 % du poids de la structure d’un Airbus A380 est en aluminium.

Les alliages les plus utilisés (à haute résistance mécanique) sont ceux des séries 2000 (Al-Cu) et 7000 (Al-Zn-Mg-Cu). Le réservoir principal d’Ariane V est en aluminium : 23 m de haut, 5 m de diamètre, 2 mm d’épaisseur.

Automobiles

Dans une voiture particulière, dans l’Union européenne, il y avait, en 2019, en moyenne, 180 kg d’aluminium (28 kg en 1973, 50 kg en 1990, 140 kg en 2012). L’Audi-e-tron en renferme 804 kg, la Range Rover, 794 kg.

Dans les véhicules courants, en 2019, dans l’Union européenne, l’aluminium est présent sous forme d’alliages de fonderie à 65 %, de tôles laminées à 19 %, de profilés extrudés à 11 % et de pièces forgées à 5 %.

En moyenne, en 2019, dans l’Union européenne, l’aluminium est présent à 23 % dans le moteur, 21 % dans les jantes, 11 % dans les transmissions, 11 % dans le châssis, 11 % dans les systèmes d’évacuation de la chaleur, 8 % dans la carrosserie, 7 % dans les portes…

Les alliages utilisées sont surtout des alliages de fonderie (l’automobile représente 75 % des utilisations de ces alliages) du type : AS9U3 ou AS7U3 (7-9 % Si, 3 % Cu). Ces alliages sont, en grande partie, élaborés à partir d’aluminium recyclé. En France, l’aluminium utilisé dans les automobiles est recyclé à 90 %.

De 1953 à 1957, la Dyna Z de Panhard avait une carrosserie en aluminium.

Voir également les alliages d’aluminium.

Autres utilisations

L’aluminium est aussi utilisé dans les cas suivants :

Feuilles minces : selon la normalisation, leur épaisseur est comprise entre 6 micromètres et 200 μm. En 2018, la production européenne a été de 942 500 t.
Métallisation, sous vide, de polymères, de papiers, utilisés en emballage alimentaire, condensateurs. Par exemple, les emballages alimentaires en carton pour conservation du lait sont constitués d’un matériau multicouche : 74 % en masse de papier, 21 % de polyéthylène, 5 % d’aluminium.
Sidérurgie : l’aluminium est utilisé pour désoxyder les aciers. Dans les installations les plus récentes de métallurgie en poche, la consommation est réduite à 1 kg de Al/t d’acier.
Navires à grande vitesse.
Aluminothermie : dans l’industrie d’élaboration des ferro-alliages (de Mo, de V, de Ti) et du chrome, ainsi que pour la soudure des rails. Les rails du TGV longs de 18 m sont soudés électriquement, en usine, pour donner des rails de 244 m eux-mêmes soudés sur la voie par aluminothermie. En France, de 130 à 150 000 soudures sont ainsi effectuées par an, soit une consommation de l’ordre de 1 000 t de Al/an.
Bâtiment : en Europe de l’ouest, en 2006, utilisation de 2,9 millions de t d’aluminium dont 1,7 million de t sous forme de profilés extrudés, 1 million de t de tôles laminées et 200 000 t dans des alliages de fonderie. Réalisations importantes : Institut du Monde Arabe, Arche de la Défense (800 t d’aluminium). L’aluminium pour le bâtiment subit un traitement de surface par anodisation (couche de 5 à 25 micromètres d’oxyde) ou par laquage.
Poudre d’aluminium : utilisée comme propergol pour les « boosters » de la fusée Ariane (36 t/fusée). Employée pour élaborer les bétons cellulaires. En milieu basique (cas les ciments) Al donne un dégagement de dihydrogène qui forme des pores et donc allège le ciment.
Chimie : production de AlCl₃ par combustion de l’aluminium dans le dichlore. Utilisation comme catalyseur dans les synthèses de Friedel et Crafts.

Bibliographie

International Aluminium Institute (IAI), 10 Charles II Street, SW1Y 4AA, Londres, Royaume Uni.
European Aluminium Association (EAA), Av de Broqueville 12, B-1150 Bruxelles.
« Commodity markets outlook« , World Bank, octobre 2019.
Association Française de l’Aluminium.
The Aluminum Association, 1400 Crystal Drive, Suite 430, Arlington, 22202 Virginie, États-Unis.
Japan Aluminium Association, Tsukamoto Sozan Building, 2-15 Ginza 4-Chome, Chuo-ku, Tokyo, 104-0061, Japon.
« Bauxite residue management : best practice« , IAI et EAA, juillet 2015.
A. Tabereaux, « Addressing the challenge of bauxite residues« , Light Metal Age, 11 mars 2019.
J.-L. Vignes, T. di Costanzo, S. Bouquet, D. Ferton, « Une vie d’aluminium« , Bulletin de l’Union des Physiciens, n°790-91, janvier-février 1997.

Chlore

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Rayon covalent
17	35,45 g.mol^-1	[Ne] 3s² 3p⁵	99 pm

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	pKs : AgCl	pKs : CuCl	pKs : Hg₂Cl	pKs : PbCl₂	pKs : TlCl
3,16	9,7	6,7	17,9	4,7	3,7

Données thermodynamiques

Chlore gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 121,302 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 105,3 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 165,076 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 21,8 J.K^-1mol^-1

Ion chlorure gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -246,1 kJ.mol^-1

Ion chlorure en solution aqueuse :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -167,08 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -131,3 kJ.mol^-1Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 56,73 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = -136,4 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Voir le produit Dichlore.

Magnésium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
12	24,305 g.mol^-1	[Ne] 3s²	Hexagonale compacte de paramètres a = 321 pm et c = 521 pm	160 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau froide	Solubilité dans l’eau chaude
1,74 g.cm^-3	2,5	648,8°C	1 090°C	22,6.10⁶ S.m^-1	156 W.m^-1.K^-1	insoluble	oxydé en Mg(OH)₂

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	État d’oxydation	pKa : Mg_aq²⁺/MgOH_aq⁺	E° : Mg²⁺ + 2e = Mg_(s)	pKs : Mg(OH)₂	pKs : MgCO₃
1,31	+2	11,4	-2,37 V	11,0	7,5

Données thermodynamiques

Magnésium cristallisé

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 32,7 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 24,9 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 9,2 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 131,8kJ.mol^-1

Magnésium gazeux

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 147,1 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 113,2 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 148,5 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 en magnésium de l’écorce terrestre est d’environ 2 %. Il est abondant et bien réparti dans le monde en étant présent dans plus de 60 minéraux, dont les plus importants sont :

la magnésite ou giobertite : MgCO₃, voir le chapitre carbonate de magnésium.
la dolomite qui renferme de la dolomie (Ca,Mg)CO₃, avec une teneur de 38 % de MgO après calcination,
la carnallite : KCl,MgCl₂,6H₂O, présente dans des gisements de potasse. Elle est utilisée, en particulier, comme source de magnésium dans les engrais,
la bischofite : MgCl₂,6H₂O, voir le chapitre chlorure de magnésium.
la kiesérite : MgSO₄,H₂O, utilisée dans l’industrie des engrais,
la brucite : Mg(OH)₂,
l’olivine : silicate de magnésium et de fer avec une composition comprise entre celle de la forstérite (Mg₂SiO₄) et celle de la fayalite (Fe₂SiO₄). La qualité commercialisée comme source de magnésium renferme de 45 à 51 % de MgO et de 7 à 8 % de Fe₂O₃. Le principal producteur mondial est la Norvège.

Le magnésium est également récupéré dans l’eau de mer et dans des saumures, voir le chapitre chlorure de magnésium. La teneur de l’eau de mer est en moyenne de 1,3 kg/m³ soit 0,13 %. Certaines mers ou lacs fermés en contiennent jusqu’à 35 kg/m³. Par exemple, la teneur du Grand Lac Salé dans l’Utah, aux États-Unis, est, en masse, de 5 % en magnésium. Le magnésium est extrait sous forme de chlorure de magnésium MgCl₂ et éventuellement transformé en oxyde MgO, en d’autres composés : hydroxyde, sulfate… ou en métal. Par exemple, aux États-Unis, en 2019, le magnésium extrait de l’eau de mer ou de saumures est à l’origine de 73 % de la production de sels de magnésium du pays. En 2017, dans le monde, la part provenant de l’eau de mer et des saumures est de 5,6 %. Toute la production primaire de magnésium métal des États-Unis et d’Israël provient du Grand Lac Salé pour l’un et de la Mer Morte pour l’autre.

Par exemple, en 2018, aux États-Unis, la production provient, exprimée en capacités annuelles de production d’équivalent en MgO :

d’une carrière de magnésite à Gabbs, dans le Nevada par Premier Magnesia avec 140 000 t/an,
d’une carrière d’olivine à Bellingham, dans l’État de Washington par Olivine Corp.,
d’eau de mer à Chula Vista, en Californie par South Bay Salt Works avec 3 000 t/an,
d’eau de mer à Lewes, dans le Delaware par SPI Pharma avec 5 000 t/an,
de puits d’extraction de saumure à Manistee, dans le Michigan par Martin Marietta Magnesia Specialties avec 314 000 t/an,
de lac salé à Ogden, dans l’Utah par Compass Minerals avec 290 000 t/an,
de lac salé à Wendover, dans l’Utah par Intrepid Potash avec 45 000 t/an.

Métallurgie

Elle est réalisée actuellement selon 2 voies :

Par réduction thermique de MgO issu de la calcination de dolomite ou de magnésite en présence de calcaire selon les procédés : Pidgeon, Bolzano ou Magnetherm. Le principal procédé utilisé est le procédé Pidgeon, employé pour la plus grande partie de la production chinoise.
Par électrolyse, en sel fondu, de MgCl₂ extrait de l’eau de mer, de saumures ou obtenu à partir de carnallite selon les procédés Dow, Norsk Hydro ou IG Farben.
Par ailleurs, des projets sont en cours de développement, au Canada, dans la province de Québec, afin de traiter les résidus de l’exploitation de l’amiante, renfermant de la serpentine (3MgO,2SiO₂,2H₂O).
Un projet développé par Latrobe Magnesium est également en cours de construction, en Australie, dans l’État de Victoria, afin de récupérer, avec un taux de récupération de 90 %, le magnésium contenu dans des cendres volantes issues de la centrale thermique de Yallourn produisant de l’électricité à partir de lignite. Le stock accumulé est considérable avec 25 millions de t renfermant jusqu’à 12 % de MgO contenu dans de la magnésioferrite, Mg(Fe³⁺)₂O₄ de structure spinelle, et la production annuelle de 320 000 t.

Réduction thermique par le silicium selon le procédé Pidgeon

Ce procédé mis au point en 1940, au Canadian National Research Council par Lloyd Montgomery Pidgeon a été industrialisé en 1942, à Haley, en Ontario, par la société Dominium Magnesium. L’usine a été fermée par la société Timminco Metals en 2008.

La dolomite (voir le produit carbonate de magnésium) ou la magnésite en présence de calcaire est d’abord décarbonatée dans un four rotatif entre 1000 et 1200°C. Ensuite, après broyage, ajout de ferrosilicium (à 78 % de Si) comme agent réducteur et de fluorure de calcium, pressage et briquetage, la matière première est introduite dans un four porté à 1200°C, sous vide (avec une pression d’environ 100 Pa). Le chauffage est effectué extérieurement (en Chine, le gaz de chauffage est souvent issu de cokeries). La réaction représentée selon l’équation suivante a lieu :

2 MgO,CaO + SiFe = 2 Mg_(g) + Ca₂SiO₄ + Fe

Le magnésium, à l’état de vapeur, est condensé, dans une chambre refroidie par circulation extérieure d’eau. La réduction dure environ 6 h. Le magnésium obtenu possède une pureté élevée qui peut atteindre 99,95 %. Ce procédé présente l’inconvénient d’être discontinu, de faible productivité avec une production de 40 à 70 kg par four et de consommer une importante quantité d’énergie, avec environ 300 GJ/t. Toutefois, les investissements nécessaires sont réduits.

En Chine, les coût de production à l’aide du procédé Pidgeon se répartissent entre le ferrosilicium pour 48 %, l’énergie pour 15 %, la dolomite pour 6 %.

Électrolyse de MgCl₂ selon le procédé Dow

C’est le procédé le plus ancien.

Mg²⁺ contenu dans des solutions de chlorure de magnésium provenant soit d’eau de mer, soit de saumures, est précipité, à l’aide de dolomie calcinée, en Mg(OH)₂ qui est récupéré par filtration. L’hydroxyde est ensuite transformé en MgCl₂,6H₂O par attaque chlorhydrique, puis déshydraté partiellement en MgCl₂,1,5H₂O ou totalement pour alimenter les cuves d’électrolyse.

L’électrolyte qui fond vers 720-780 °C a la composition suivante :

NaCl	CaCl₂	MgCl₂
50-60 %	15 %	20-30 %

Les anodes sont en graphite. Dans le cas des cellules Dow, les anodes sont entourées par des cathodes en acier percées de déflecteurs dont la forme permet de guider le magnésium formé vers le pourtour de la cellule, à l’abri de l’oxydation. Le magnésium, liquide, surnage sur le mélange de sels fondu. La consommation énergétique est de 12 000 kWh/t, pour les cellules les plus modernes.

L’un des problèmes lié à l’obtention du magnésium par électrolyse est l’utilisation l’hexafluorure de soufre SF₆, servant à protéger le magnésium fondu de l’oxydation à l’air. L’hexafluorure de soufre est un gaz à effet de serre qui possède un potentiel de réchauffement global 22 800 fois plus important que le dioxyde de carbone (voir le chapitre effet de serre). Il est remplacé par du dodécafluoro-2-méthyl-3-pentanone ou par du dioxyde de soufre.

Projets québécois de traitement de la serpentine

Au Québec, l’exploitation de l’amiante sous forme de chrysotile (Mg₃Si₂O₅(OH)₄) de 1877 à 2011 a laissé des quantités considérables de rejets miniers, environ 800 millions de t, d’une roche, la serpentine, famille de minéraux à laquelle appartient le chrysotile, avec une teneur en magnésium d’environ 25 %. Diverses sociétés envisagent de produire du magnésium à partir de cette matière première située dans le sud-est de la province à Asbestos et à Thetford Mines.

Alliance Magnésium (AMI) envisage un procédé hydrométallurgique de lixiviation à l’aide d’acide chlorhydrique avec formation de chlorure de magnésium suivi d’une électrolyse donnant le métal et une capacité de production de 11 700 t/an en 2022, pouvant être portée à 50 000 t/an.
Mag One Products développe un procédé hydrométallurgique donnant de l’oxyde de magnésium avec une capacité de production de 30 000 t/an ainsi que de la fumée de silice et du magnésium par réduction de MgO par aluminothermie et une capacité de production de 5 000 t/an.

Projet australien de traitement de cendres volantes

Il associe un traitement hydrométallurgique donnant de l’oxyde MgO à un traitement pyrométallurgique de réduction à l’aide de ferrosilicium de type procédé Pidgeon. Le traitement hydrométallurgique consiste en une série de dissolutions dans de l’hydroxyde de sodium puis dans de l’acide chlorhydrique afin de dissoudre la magnésioferrite. Du carbonate de calcium et de l’hématite (Fe₂O₃) précipitent puis du chlorure de magnésium est récupéré et par calcination transformé en oxyde, le chlorure d’hydrogène formé étant recyclé pour donner de l’acide chlorhydrique. Cet oxyde, par pyrométallurgie, est réduit par du ferrosilicium en magnésium.

La production prévue pour 2021 est de 3 000 t/an et elle pourrait ensuite être portée à 40 000 t/an.

Production

En 2019, la production mondiale était de 1,1 million de t.

en milliers de t de magnésium primaire
Chine	900	Israël	20
Russie	80	Brésil	15
États-Unis (estimation)	63	Ukraine	10
Kazakhstan	25	Turquie	5

Sources : USGS et Solikamsk Magnesium Works

Il n’y a pas de production primaire dans l’Union européenne.

Fin 2018, la capacité mondiale de production de magnésium primaire est estimée à 1,855 million de t/an.

Il y a, en 2018, en Chine, plus de 60 usines utilisant le procédé Pindgeon, avec 58 % de la production provenant de la province du Shaanxi et 26 % de celle du Shanxi.

Commerce international : en 2019, y compris les déchets et les ouvrages en magnésium.

Principaux pays exportateurs :

en tonnes
Chine	455 554	États-Unis	11 769
Pays Bas	74 148	Slovénie	10 651
Allemagne	22 112	Taipei chinois	8 196
Canada	14 823	République tchèque	7 477
Nouvelle Zélande	12 103	Turquie	7 320

Source : ITC

Les exportations de la Chine sont destinées à 22 % aux Pays Bas, 13 % au Canada, 7 % au Japon…

Principaux pays importateurs sur un total de 708 190 t, en 2017.

en tonnes
Pays Bas	88 550	Inde	26 813
Canada	75 459	Corée du Sud	23 492
Allemagne	69 028	Roumanie	21 237
États-Unis	62 958	Taipei chinois	17 547
Japon	34 679	Turquie	17 465

Source : ITC

Les importations des Pays Bas proviennent à 94 % de Chine.

Principaux producteurs de magnésium, en 2018, hors celui auto-consommé pour produire l’éponge de titane, avec un total mondial de 935 000 t :

en milliers de t
Sociétés chinoises	800	Rima Industrial (Brésil)	15
US Magnesium (États-Unis)	63	VSMPO-Avisma (Russie)	7
Dead Sea Magnesium (Israël)	25	Royal Metal (Iran)	5
Solikamsk Magnesium Works (Russie)	16	Esan (Turquie)	3

Source : Solikamsk Magnesium Works

Rare Earth Magnesium Technololy Group filiale du groupe Century Sunshine Group Holdings Ltd. exploite une mine à ciel ouvert de dolomite à Baishan dans la province de Jilin et produit du magnésium à Hami dans la région autonome ouïghoure du Xinjiang avec, en 2019, 60 559 t d’alliages de magnésium.
La société QingHai Salt Lake exploite le chlorure de magnésium contenu dans le lac salé de Qarham, à 2800 m d’altitude sur le plateau tibétain, dans la province de Qinghai et produit, à Golmud, par électrolyse, du magnésium. Celui-ci approvisionne l’usine d’élaboration d’alliages de magnésium de la société australienne Magontec. La production, par électrolyse, selon le procédé Norsk Hydro, a débuté en octobre 2018 avec une capacité de production de 56 000 t/an. Le dichlore coproduit lors de l’électrolyse est destiné à la production de PVC. Toutefois les difficultés de fonctionnement de Qinghai Salt Lake n’ont pas permis un approvisionnement suffisant et, en 2019, la production de magnésium n’a été que de 9 267 t.
Yinguang Magnesium Industry possède, à Yaocun, dans la province du Shanxi, une capacité de production de 80 000 t/an.
US Magnesium LLC (Utah, États Unis) est le seul producteur aux États Unis, à Rowley, dans l’Utah, avec une usine exploitant les saumures du Grand Lac Salé et produisant du magnésium par électrolyse avec une capacité de production de 63 500 t/an.
Dead Sea Magnesium, filiale de Israel Chemicals Ltd. (Israël), avec une capacité de production de 24 000 t/an, exploite, à Sodom, l’eau de la Mer Morte. En 2019, la production a été de 21 000 t. La solution de chlorure de magnésium obtenue à partir de la carnallite extraite de la Mer Morte est électrolysée pour donner du magnésium et du dichlore employé dans la production de dibrome (voir ce chapitre).
En Russie, les sociétés productrices Solikamsk Magnesium Works et VSMPO-Avisma sont aussi productrices de titane. En conséquence, une partie de leur production est auto-consommée par cette application. Solikamsk Magnesium Works possède une capacité de production de 18 200 t/an par électrolyse et a vendu, en 2018, 16 200 t de magnésium à partir de carnallite et VSMPO-Avisma a vendu, 7 000 t.
Rima (Brésil) à Bocaiuva, dans l’État du Minas Gerais possède une capacité de production de 22 000 t/an à partir d’une production minière de 180 000 t/an de dolomite.
Kar Magnesium Smelter produit du magnésium en Turquie depuis 2016, avec une capacité de production de 15 000 t/an, à Emirdag, dans la province d’Afyonkarahisar, à l’aide du procédé Pidgeon, à partir de dolomite. En 2019, la production est de 4 500 t.
« UKTMK » (Ust-Kamenogorsk Titanium-Magnesium Combine) (Kazakhstan) possède une capacité de production de 30 000 t/an et auto-consomme la plus grande partie de sa production pour la fabrication d’éponge de titane.
Zaporozhye Titanium & Magnesium Combine (Ukraine) possède une capacité de production de 15 000 t/an par électrolyse en sel fondu de chlorure de magnésium et de carnallite. La quasi totalité de la production est employée à fabrication d’éponge de titane.
Mg Serbien (Serbie) produit 5 000 t/an à Baljevac, selon le procédé Magnetherm à partir de dolomite.

Recyclage

La production mondiale de magnésium secondaire est estimée à 200 000 t/an, hors recyclage du magnésium contenu dans les alliages d’aluminium directement recyclés. La production de magnésium de deuxième fusion est, en 2019, de 110 000 t aux États Unis, dont 85 000 t provenant de chutes neuves et 25 000 t de métal récupéré, les alliages d’aluminium comptant pour 67 % de l’approvisionnement. Toutefois, aux États-Unis, le chlorure de magnésium sous-produit de la métallurgie du titane et recyclé avec la production de magnésium primaire n’est pas prise en compte.
En 2012, dans l’Union européenne, le recyclage a porté sur 63 300 t dont 51 700 t de chutes neuves de fabrication et 11 700 t de vieux déchets.

Situation française

En 2019.

La production de magnésium qui était réalisée par Pechiney Électrométallurgie à Marignac (31), selon le procédé Magnetherm, à partir de dolomite, avec 12 500 t/an, a cessé en juillet 2001.

Commerce extérieur :

Les exportations étaient confidentielles.

Les importations s’élevaient à 12 268 t en provenance principalement à :

47 % de Chine,
35 % d’Allemagne,
7 % d’Israël.

Utilisations

Consommations

En 2016, la consommation mondiale de magnésium primaire est de 843 000 t répartie entre les pays suivants :

en milliers de t
Chine	352	Canada, en 2014	64
Union européenne, en 2014	164	Japon	40
États-Unis	74	Brésil, en 2014	30

Sources : Solikamsk Magnesium Works, USGS et A. Clark, World Magnesium Conference Technical, 2017

Secteurs d’utilisation

Les secteurs utilisateurs sont principalement :

	Monde, en 2016	Chine, en 2016	États-Unis, en 2019
Alliages de Al	37 %	33 %	28 %
Alliages de Mg	32 %	30 %	55 %
Désulfuration de l’acier	15 %	13 %	13 %
Agent de réduction (Ti)	10 %	17 %	–

Sources : USGS, Solikamsk Magnesium Works et A. Clark, World Magnesium Conference Technical, 2017

Alliages d’aluminium : le magnésium entre dans la composition des alliages (série 5000) utilisés pour élaborer les boîtes-boisson. Aux États-Unis, une grande partie du magnésium utilisé est recyclé lors du recyclage de ces boîtes. En moyenne, les alliages d’aluminium renferment 0,8 % de magnésium, soit, en 2015, une consommation de 350 000 t de magnésium.
Alliages de magnésium : utilisés en fonderie sous pression, à 70 % dans l’industrie automobile. Le plus utilisé G-A9Z1 (9 % Al, 1 % Zn, 0,5 % Mn). En moyenne, par véhicule il y a 2,3 kg de magnésium mais le poids peut atteindre 23 kg pour certains modèles. Utilisés également en aéronautique et, par exemple, pour fabriquer le corps de taille-crayons. Un cadre de bicyclette, en alliage de magnésium, ne pèse que 2,5 kg. En 2015, l’élaboration des alliages de magnésium a consommé 315 000 t.
Le magnésium est employé comme agent de réduction (par magnésiothermie) dans diverses métallurgie dont principalement celle du titane, mais aussi celles du zirconium, du hafnium, du béryllium, de l’uranium (voir ces éléments). En 2015, la production de l’éponge de titane a consommé 130 000 t de magnésium mais une partie de celui-ci est recyclé par électrolyse du chlorure de magnésium formé selon le procédé Kroll et en conséquence, la consommation de magnésium primaire a été proche de 80 000 t.
En sidérurgie, le magnésium intervient dans la désulfuration des fontes de hauts fourneaux, en concurrence avec le carbure de calcium et dans la nodulisation des fontes, le magnésium favorisant les structures à graphite nodulaire sphéroïdal. En moyenne, la consommation est de 50 g de Mg/t d’acier, soit, en 2015, une consommation de 95 000 t.

Utilisations diverses

Quelques autres exemples d’utilisations :

Chimie : fabrication d’organomagnésiens.
Automobiles : le magnésium est utilisé afin de réduire le poids des véhicules et ainsi diminuer leur consommation en carburant. Il y a 14 kg de magnésium utilisé pour les VW Passat, Audi A4 et A6. Le concept car de Volvo utilise environ 50 kg de magnésium dans les roues, les châssis et les moteurs.
Les coques des sièges, les accoudoirs et les tablettes des TGV à 2 étages sont, en 2^ème classe, en magnésium. Le siège en magnésium pèse 14 kg au lieu de 26 kg lorsqu’il était en aluminium.
Le magnésium est utilisé pour fabriquer des cadres de téléphones portables.
Débismuthage du plomb.
Pyrotechnie : Mg ou Al-Mg sous forme de poudres très fines.
Piles et anodes sacrificielles : l’utilisation comme anode sacrificielle représente 1 010 t, en 2014, aux États-Unis.
Les rubans de magnésium utilisés en chimie sont obtenus par fraisage de lingots ou tournage de billettes (cylindres de 30 à 50 cm de diamètre et plusieurs mètres de long).
La réaction exothermique du magnésium avec l’eau est utilisée, en particulier par l’armée américaine, pour chauffer des rations de combat. En 15 minutes, une température de 60 °C est atteinte.

Bibliographie

Morgo Magnesium Limited, PO Box 342, 7200 AH Zutphen, Pays-Bas.
International Magnesium Association, 1000 N Rand rd, Suite 214, Wauconda, IL 60084, États-Unis.
MMTA, Suite 53, 3 Whitehall Court, Londres, SW1A 2EL, Royaume Uni.
Life cycle assessment of magnesium components in vehicle construction, IMA LCA Study, DLR, mai 2013.
N. Bell, R. Waugh, D. Parker, « Magnesium recycling in the EU« , IMA juin 2017.
P. Blazy et V. Hermant, Techniques de l’Ingénieur, 2013.
D.C. Lynch, « Magnesium Minerals and Metal », in SME Mineral Processing & Extraction Metallurgy Handbook, chapter 12.21, p1855, Society for Mining, Metallurgy & Exploration, 2019.