IDENTIFICATION DES ARGILES

4.2.

4.3.

4.4.

4.5.

145

4. CARACTERISATION MINERALOGIQUE ET

TEXTURALE DU MINERAI DE TREKKOPJE

Avant d’effectuer des essais de séparation minérale (cf. Figures 1-8, 1-9 et 1-10,

Chapitre 1), une caractérisation de la minéralogie et surtout de la texture du minerai est

nécessaire afin de décrire les associations du minéral valorisable et des minéraux de gangue. Avant toute caractérisation, il est très important de savoir où se localise l’uranium. Des études précédentes (Coetzee et Theron, 2007), ont démontré que l’uranium est compris à 98 % dans la carnotite, un vanadate d’uranium (K2(UO2)2(VO4)2·3H2O) et à 2 % dans la monazite ((Ce,La,Th,U)PO4) et dans les zircons ((Zr,U)SiO4). Dans ces derniers, l’uranium est en substitution dans les réseaux cristallins de ces minéraux. Dans la calcrète du minerai de Trekkopje, la palygorskite a une teneur en moyenne de 4 % (cf. Chapitre 2). Certaines argiles de la famille TOT, comme les smectites, illite, peuvent adsorber de l’uranium sous forme atomique ou colloïdale (Bradbury et Baeyens, 2006 ; Chisholm-Brause et al., 2001 ; Kornilovich et al., 2000 ; Kowal-Fouchard et al., 2004 ; Zaidan et al., 2003, Korichi et Bensmaili, 2009). Or, la palygorskite est une argile TOT, comportant des canaux d’une largeur de 4 Ȧ (cf. Chapitre 2). Le rayon de covalence de l’uranium est estimé à 1,96 ± 0 07 Ȧ. Une hypothèse a alors été émise en début de cette étude, sur la possible adsorption d’uranium sous forme atomique ou colloïdale sur la surface de ces argiles ou dans les canaux. Cette détermination est très importante car elle détermine le type de technique séparative pour valoriser l’uranium.

La flottation est une technique basée sur la modification des propriétés superficielles de surface des minéraux. L’adsorption sélective de réactifs hétéropolaires sur la surface minérale permet son hydrophobation ou son hydrophilisation.

La caractérisation minéralogique est importante, pour connaitre quels types de minéraux doivent être séparés, ceci gouverne les conditions de flottation et également le choix de collecteurs. Mais également, une caractérisation des substitutions dans le réseau cristallin des minéraux est nécessaire puisque chaque substitution peut induire un changement de comportement de flottation.

De plus, dans un minerai, broyé selon une certaine taille, les particules minérales peuvent être de deux types, soit libres (ne comportant pas d’inclusion), soit mixtes, composées, alors de plusieurs phases minérales. Si les particules sont libres, il est alors possible de penser que l’adsorption de certains réactifs spécifiques à la surface minérale et l’hydrophobation de la surface minérale et sa séparation des autres minéraux soient possible. C’est le meilleur cas de figure dans la technique de flottation.

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Si les particules sont mixtes, comprenant le minéral valorisable et que ce dernier est difficilement libérable, deux notions texturales apparaissent :

- La notion de pourcentage d’inclusion - La notion de surface exposée de l’inclusion.

La surface exposée d’une inclusion, reflète la surface de cette dernière potentiellement exposée à l’adsorption de réactif de flottation. Par convention, il est admis qu’à partir d’un pourcentage moyen de surface exposée d’une inclusion, supérieur à 10 % de la totalité de la surface exposée de la particule, l’inclusion pourrait avoir une influence sur le comportement de flottation de la particule mixte (Dzombak et Morel, 1990). Les collecteurs spécifiques à l’inclusion peuvent s’adsorber sur la surface exposée de la particule et de ce fait, changer l’état de surface de la particule mixte en présence de ces collecteurs (cf. Figure 4-1). D’où l’importance de cette étude texturale des particules du minerai.

Figure 4-1- Influence d'une inclusion sur les propriétés de surface d'une particule mixte.

La calcrète du minerai de Trekkopje est composé en majorité de tectosilicates : feldspaths (60 %), quartz (20 %), de phyllosilicates : palygorskite (4 %), biotite-muscovite (<1 %), de minéraux du calcium : calcite (10 %), gypse (0,1 %), apatite (0,2 %) et fluorite (<0,1 %). La teneur en carnotite dans cette roche est estimée à 72 ppm.

D’après une étude précédente, réalisée par Coetzee et Theron, 2007, la carnotite est associée à la palygorskite en moyenne à 45 % avec les palygorskites pour un broyage de -1mm. Elle peut être également associée à d’autres minéraux de gangue tels que la calcite, la biotite et l’orthose. Cependant, il n’a pas été possible de se servir de ses résultats car la flottation opère avec la taille des particules comprises entre 50 et 150 µm.

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Dans le but de connaitre la maille de libération de la carnotite, une étude texturale des amas de palygorskite et des autres minéraux de gangue à un broyage selon le degré de broyage à -1mm, -500 µm et -200 µm a été réalisée. Les pourcentages d’inclusion et pourcentages de surfaces exposées des inclusions ont été estimés en moyenne.

Au final, une caractérisation au point de vue minéralogique et texturale des particules minérale est nécessaire afin de conclure sur les éventuelles possibilités de séparation minérale et sur la possible concentration de la carnotite par flottation avant d’appliquer un procédé hydrométallurgique pour récupérer l’uranium.

4.1. IDENTIFICATION DES ARGILES

Malgré le fait que les études précédentes ont estimé que les argiles sont des palygorskites, des analyses en spectroscopie dispersive en énergie (analyse EDS au MEB et au MET) ont permis de détecter la présence d’autres type d’argiles. Ces analyses n’ont pas permis de déterminer de façon précise la teneur réelle en ces argiles.

D’après Brindley et Brown, (1980) et Moore et Reynolds (1989), il est possible par la technique de diffraction des rayons X de déterminer et de quantifier de façon précise les argiles présentent dans une roche et un sol.

L’analyse DRX de la calcrète de Trekkopje a permis de détecter les argiles contenues dans le minerai (cf. Annexe 2). Elles sont de type illite (d = 4,43Ȧ (1) ; d = 2,56Ȧ (0,85), d = 3,66Ȧ (0,4)), interstratifiés (d = 10,35Ȧ (1)) outre la présence de la palygorskite (d = 3,23Ȧ (1) ; d = 10,5Ȧ (1) ; d = 4,49Ȧ (0,8)). La quantification n’a pas été réalisée du fait que l’analyse a été effectuée sur l’ensemble de la roche et non sur les argiles.

L’analyse en microsonde électronique de Castaing sur une dizaine d’inclusion en résine sur 262 amas d’argiles a permis de quantifier la proportion de ces argiles dans la calcrète du minerai de Trekkopje (cf. Figure 4-2).

Figure 4-2 – Détermination du pourcentage de différents types d’argiles dans la calcrète du minerai de Trekkopje (262 analyses en microsonde électronique de Castaing)

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L’analyse en microsonde électronique de Castaing ne permet pas dans certains cas, d’analyser la phase minérale pure. L’analyse est parfois contaminée par des minéraux adjacents. De plus, les argiles dans cette roche se présentent sous forme d’amas. L’analyse est alors effectuée sur ces agrégats d’argiles ce qui rend parfois difficile l’interprétation des résultats. C’est pourquoi, au final, les argiles de la calcrète de Trekkopje peuvent être composées à 69 % en moyenne d’un mélange entre de la palygorskite et un peu d’illite. Cependant, on considère que l’ensemble des argiles est composé à 92,75 % de palygorskite.

L’ensemble des autres minéraux argileux sont l’illite

([(K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)] ) à 2,29 %, les interstratifiés (2,67 %) et la montmorillonite ((Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2•n(H2O)) (2,29 %).

En théorie, les interstratifiés peuvent être de plusieurs types : des interstratifiés ordonnés, composés de l’empilement d’au moins deux types de feuillets tels que 1:1/2:1, 2:1/2:1 et 2:1/2:1:1 et des interstratifiés désordonnés. Les interstratifiés ordonnés sont formés d’un empilement ordonné de différents types de feuillets. Ces derniers peuvent être identifiables en DRX s’ils sont réguliers (Caner, 2011). Les interstratifiés non ordonnés présentent des pics non identifiés résultants de l’interférence des deux pics voisins des deux espèces pures. Ces derniers sont majoritaires des interstratifiés ordonnés dans les sols. Les lois de Méring (Méring, 1949) permettent de quantifier les phases pures composant ces interstratifiés. N’étant pas l’objet de cette étude, la proportion de phase pures dans les interstratifiés détectés en DRX et microsonde électronique de Castaing n’a pas été calculée.

Il est difficile de déterminer le type d’interstratifiés dans le minerai par analyse en microsonde électronique de Castaing. Les résultats concernant la détermination des argiles en DRX et en microsonde électronique de Castaing corrèlent bien.

La présence de ces argiles autres que la palygorskite n’est pas surprenante du fait que ce sont généralement des argiles provenant de l’altération des feldspaths (illite), (cf. Equation

IV-1).

La montmorillonite est une argile dont la composition est proche de celle de la palygorskite. La formule chimique de cette argile est la suivante : (Na, Ca)0,3(Al, Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O. C’est une argile TOT, 2 :1, faisant partie des smectites. Les cations interfoliaires sont généralement de type alcalin ou alcalino-terreux et assurent la compensation de charge des feuillets TOT. Cette argile provient de l’altération des interstratifiés alumineux de type 2 : 1 – 2 : 2 (Malcolm et al., 1969). Cette altération se produit quand le pH du milieu se trouve en-dessous de pH 5. La présence de matière organique aide à l’altération de ces interstratifiés.

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La palygorskite est une argile pédogénique. Cette argile précipite du fait de la diminution des ions carbonates et de la forte augmentation en magnésium du fluide minéralisateur (Nash et al., 2007). Elle est souvent présente dans les roches de type calcrète et gypscrète (cf. Chapitres 1 et 2).

Les diverses analyses des argiles étudiées à l’aide de la microsonde électronique de Castaing ont été reportées dans un diagramme ternaire identique à celui utilisé d’après Velde, 1985 et Meunier, 2005. Ce diagramme permet d’identifier et de différentier les minéraux selon leur taux de substitution octaédrique ou tétraédrique.

Figure 4-3 - Projection de la composition chimique des minéraux dans le diagramme ternaire M⁺-4Si-R²⁺ avec M⁺ = Na⁺ + K⁺ + ½ Ca²⁺ et R²⁺ = Fe²⁺ + Mn²⁺ + Mg²⁺.

D’après la Figure 4-3, la présence de ces trois types d’argiles illite, montmorillonite et palygorskite est confirmée. Cependant, la palygorskite est l’argile prépondérante dans le minerai.