Oxyde de magnésium

12

Mg

Magnésium

Produit minéral

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule	Masse molaire	Moment dipolaire	Structure cristalline	Rayons ioniques de Pauling pour la coordinence 6
MgO	40,31 g.mol-1	6,2 D	cubique à faces centrées de type NaCl, de paramètre : a = 0,410 nm	Mg2+ : 65 pm et O2- : 140 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de fusion	Température d’ébullition	Solubilité dans l’eau
3,58 g.cm-3	5,5	2 852°C	3 600°C	à 30°C : 0,0086 g/100 g d’eau

Données thermodynamiques

Oxyde de magnésium cristallisé :

• Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -601,5 kJ.mol^-1
• Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -569,7 kJ.mol-1
• Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 27 J.K^-1mol^-1
• Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 37,2 J.K^-1mol^-1
• Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 77,4 kJ.mol^-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur en magnésium de l’écorce terrestre est d’environ 2 %. Il est 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.

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 250 000 t/an,
• de lac salé à Wendover, dans l’Utah par Intrepid Potash avec 45 000 t/an.

Les principales formes, en 2017, sous lesquelles le magnésium, hors état métallique, est utilisé sont les suivantes :

Oxyde	85 %		Chlorure	4 %
Hydroxyde	8 %		Sulfate	3 %

Source : IHS MArkit

L’oxyde est utilisé à 66 % dans l’industrie des produits réfractaires, principalement en sidérurgie et à 34 % dans l’industrie chimique.

Fabrication industrielle

L’oxyde de magnésium MgO ou magnésie s’obtient à partir de la magnésite ou du chlorure obtenu à partir de minerais, d’eau de mer ou de saumures.

La calcination des carbonates donne de l’oxyde magnésium à des températures qui sont comprises entre 700 et 2800°C en fonction de la qualité souhaitée de l’oxyde et donc de ses utilisations. Les températures jusqu’à 2000°C sont obtenues à l’aide de fours tournants. La magnésie fondue, obtenue au-dessus de 2800°C, est élaborée à partir d’oxyde de magnésium dans des fours électriques à arc. La réaction de calcination est représentée par l’équation suivante :

MgCO₃ = MgO + CO₂

Dans le cas des chlorures provenant de minerais, d’eau de mer ou de saumures, on précipite un hydroxyde que l’on calcine en oxyde selon les réactions suivantes :

MgCl₂ + CaO + H₂O = Mg(OH)₂ + Ca²⁺ + 2 Cl^–

Mg(OH)₂ = MgO + H₂O

Différents types d’oxyde de magnésium

On distingue :

• La magnésie caustique non frittée et réactive obtenue après un chauffage compris entre 700 et 1 500°C. Celle calcinée entre 700 et 1000°C est utilisée comme pigment ou agent neutralisant, en particulier pour le traitement des eaux usées, celle calcinée entre 1000 et 1500°C est utilisée comme amendement agricole, additif alimentaire pour le bétail ainsi qu’à produire de la magnésie fondue.
• La magnésie « grillée à mort » obtenue par chauffage compris entre 1500 et 2000°C est destinée à l’industrie des produits réfractaires. A ces températures un frittage partiel permet d’élaborer des briques. Cette magnésie est peu réactive.
• La magnésie fondue résulte d’un chauffage supérieur à 2800°C, avec une teneur supérieure à 97 % de MgO. Elle est destinée à l’élaboration de produits réfractaires, en particulier pour moteurs et tuyères de fusées ainsi qu’à la fabrication d’isolants électriques. La magnésie fondue possède une faible conductibilité électrique et une conductibilité thermique élevée.

Productions

Capacités de production, exprimées en MgO, obtenues à partir de magnésite, d’eau de mer ou de saumures, fin 2017. Monde : 26,4 millions de t/an, Union Européenne : 1,8 million de t/an.

en milliers de t/an de capacités de production exprimées en MgO

Chine	16 900		Slovaquie	465
Russie	2 880		Autriche	390
Turquie	975		Inde	360
Brésil	782		Australie	343
États-Unis	526		Grèce	320

Source : USGS

Les capacités de production, exprimées en MgO, proviennent pour 24,880 millions de t/an, de minerais et pour 1,483 million de t/an d’eau de mer ou de saumures.

La capacité de production de magnésie grillée « à mort » est de 11,350 millions de t/an, celle de magnésie caustique de 12,838 millions de t/an, celle de magnésie fondue de 2,175 millions de t/an.

En 2016, la production mondiale est de 22,1 millions de t dont, en 2017, 1,378 million de t de magnésie fondue.

En 2019, la production des États-Unis est de 410 000 t de MgO contenu pour une consommation de 860 000 t. 40 % de la production est destinée à l’industrie des produits réfractaires.

Le groupe français Roullier possède des participations chez des producteurs brésiliens et espagnols.

Commerce international : en 2019.

Principaux pays exportateurs :

en milliers de t

Chine	2 670		Espagne	155
Pays Bas	440		Russie	117
Slovaquie	295		Grèce	99
Turquie	282		Allemagne	79
Brésil	188		États-Unis	70

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinées à 18 % au Japon, 16 % aux États-Unis, 10 % aux Pays Bas, 9 % à la Corée du Sud.

Principaux pays importateurs sur un total mondial de 4,658 millions de t.

en milliers de t

États-Unis	470		Autriche	268
Allemagne	470		Corée du Sud	224
Japon	397		Taipei chinois	223
Pays Bas	341		Indonésie	143
Inde	301		Ukraine	132

Source : ITC

Les importations des États-Unis proviennent à 63 % de Chine, 9 % du Brésil, 9 % du Canada.

Principaux producteurs :

• En Chine, la production provient principalement de la « Ceinture de magnésite de Haicheng – Dashiqiao », située dans la province de Liaoning. Les principaux producteurs chinois exploitent ce gisement : Haicheng Xiyang, Liaoning Jiayi, Haicheng Huayu, Jiachen, Liaoning Jinding Magnesite.
  D’autres production de magnésie ont lieu dans la province de Shandong et à Kamaduo, au Tibet. En 2017, les autorités ont interdit l’emploi de dynamite dans l’exploitation minière de la magnésite et fermé de nombreuses unités de production de magnésie par calcination de magnésite afin de diminuer la pollution et en particulier celle occasionnée par de fines particules.
•  RHI Magnesita, premier producteur mondial de produits réfractaires, avec 15 % du marché mondial, résulte de la fusion, en 2017, de la société autrichienne RHI et du groupe brésilien Magnesita. Exploite 35 sites de production dans 16 pays, en particulier, en Autriche, en Turquie, avec sa filiale Magnezit Anonim Sirkeit (MAS), en Chine, dans une joint-venture avec Liaoning Jinding Magnesite, en Inde, aux États-Unis, au Brésil, en France…
• le groupe Magnezit possède des unités de production en Russie, en Slovaquie avec sa filiale Slovmag
• Slovenske Magnezitove Zadory (SMZ) à Jelšava, en Slovaquie.
• Grecian Magnesite, élabore de la magnésie en Grèce, en Espagne avec 40 % de la société Magna (Magnesitas Navarras) détenue par ailleurs à 60 % par le groupe français Roullier, en Turquie avec 89,6 % de Akdeniz Mineral Kaynaklari.
• Le groupe Kümas Manyezit Sanayi possède des unités de production en Turquie dans les provinces d’Eskisehir, Bilecik et Kütahya. Une acquisition par le groupe autrichien RHI Magnesita est en projet.

Situation française

En 2019.

Production à partir d’eau de mer, avec une capacité de production de 30 000 t/an en équivalent MgO par le groupe Salins, à Salin-de-Giraud (13). Cette production est liée à celle du chlorure de sodium.

Le groupe RHI Magnesita produit des produits réfractaires à Valenciennes (59) et Flaumont (59). A compter de 2021, les usines françaises seront approvisionnées par voie ferrée, par 100 000 t/an de magnésie calcinée à 1800°C, en Autriche, à Hochfilzen, à partir d’un gisement de dolomite.

Commerce extérieur :

Exportations :

• Oxyde de magnésium : 1 772 t à destination de l’Allemagne à 22 %, la Pologne à 16 %, la Russie à 13 %, les États-Unis à 12 %.
• Magnésie grillée « à mort » : 2 035 t à destination de l’Autrice à 50 %, l’Inde à 9 %, la Russie à 7 %.
• Magnésie fondue : 21 200 t à destination des Pays Bas à 30 %, la Belgique à 22 %, la Finlande à 12 %, l’Allemagne à 12 %.

Importations :

• Oxyde de magnésium : 24 223 t en provenance d’Espagne à 53 %, d’Israël à 17 %, d’Arabie Saoudite à 13 %.
• Magnésie grillée « à mort » : 33 067 t en provenance de Chine à 59 %, d’Allemagne à 11 %, d’Espagne à 10 %.
• Magnésie fondue : 49 814 t en provenance de Russie à 45 %, d’Espagne à 19 %, de Chine à 11 %, de Turquie à 6 %.

Utilisations

MgO est utilisé principalement pour élaborer des produits réfractaires mais aussi dans de nombreux autres domaines dont la métallurgie du magnésium (voir ce chapitre).

• Produits réfractaires basiques : MgO est utilisé sous forme frittée ou fondue. En 2012, la production mondiale de produits réfractaires à base de MgO a été de 9,5 millions de t dont 7,7 millions de t avec de la magnésie « grillée à mort » et 1,8 million de t de magnésie fondue. La production provient pour 6,2 millions de t d’Asie et principalement de Chine et pour 2,6 millions de t d’Europe. Les produits réfractaires à base de magnésie résistent bien aux scories basiques et sont employés en sidérurgie, dans les fours de cimenteries, les fours verriers… En sidérurgie, la durée de vie d’un revêtement réfractaire peut varier entre 20 minutes et 2 mois.
• Construction : les briques de magnésie sont utilisées pour construire des murs, en concurrence avec le plâtre et le ciment.
• Amendement agricole : la magnésie permet de relever le pH des sols acides, le pouvoir neutralisant de MgO est 1,4 fois celui de CaO.
• Verreries : le verre peut contenir jusqu’à 4 % de MgO, ce dernier augmentant la résistance à l’eau et aux acides.
• Fondant sidérurgique : les agglomérés pour hauts fourneaux renferment environ 1,5 % de MgO soit de 20 à 25 kg de dolomie/t d’acier.
• Céramiques : dans les biscuits de faïence, les émaux et glaçures.
• Comme charge pour les peintures et matières plastiques.
• Abrasif doux, la magnésie est utilisée dans le polissage des métaux, les dentifrices.
• Médecine : comme antiacide pour calmer les brûlures d’estomac.

Bibliographie