Détermination par absorption atomique des teneurs des éléments majeurs des échantillons du minerai de manganèse de Lauzoua

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Détermination par absorption atomique des teneurs des éléments majeurs des échantillons du minerai de manganèse de Lauzoua.

La recherche minière est une activité qui vise à trouver des dépôts de substances utiles dans

l’écorce terrestre pour les mettre à la disposition de l’industrie de transformation (sidérurgie,

joaillerie, métallurgie,…) et du génie civil (cf. NAPON Michaël (2009)). Elle comprend une

phase d’exploration et une phase d’exploitation. Afin de maximiser le profit tiré de la vente du

minerai extrait du gisement de manganèse de Lauzoua qu’elle exploite, la SODEMI doit s’assurer que les

éléments recherchés y sont contenus à des teneurs assez élevées. C’est dans cette optique qu’elle

utilise la spectrométrie d’absorption atomique pour contrôler et vérifier la teneur du minerai en

manganèse. C’est donc en vue d’aider la SODEMI à rentabiliser au maximum sa production que

le thème «Détermination par absorption atomique des teneurs des éléments majeurs des

échantillons du minerai de manganèse de Lauzoua » nous a été confié avec comme objectif de

doser les éléments majeurs des échantillons du minerai de manganèse de Lauzoua et de contrôler

leurs différentes teneurs obtenus.

Pour en faciliter la compréhension, le présent rapport se subdivise en trois grandes parties que

sont tout d’abord les généralités, ensuite les matériels et les méthodes utilisés et enfin les

résultats et interprétations au terme des analyses effectuées.

Réalisé par ELLOT Eric Barthel, élève technicien supérieur des mines et de géologie 3ème année

INTRODUCTIONINTRODUCTION

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PREMIERE PARTIE :

1) Présentation et organisation de la SODEMI


GENERALITESGENERALITES

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1.1) Présentation

La SODEMI est une société d’état dont le siège social est situé au 31 boulevards des martyrs

Cocody/Abidjan. Elle a été créée le 3 avril 1962 et a pour mission de promouvoir la recherche

minière et l’exploitation des substances minérales à l’exception des hydrocarbures.

Elle peut intervenir soit directement, soit en association avec des tiers pour la mise en valeur des

ressources minérales. A cet effet, elle s’est dotée de moyens techniques et performants qui lui

permettent d’entreprendre des programmes de recherches, des études techniques, économiques et

financières, des analyses minérales et des essais minéralurgiques.

Pour la réalisation de son programme de recherche et de développement minier, la SODEMI

dispose d’une unité de traitement des données de recherches minières (mise en plan des

sondages, modélisation mathématique des formations géologiques, production graphique,

simulation, calculs géostatistiques, études et analyses économiques), le tout associé à une gestion

dynamique informatisée. Elle gère actuellement une grande partie des données géo scientifiques

à caractère minier sur toute la Côte d’Ivoire.

Elle possède, par ailleurs, un laboratoire qui répond aux normes internationales de fiabilité. Il

offre une multitude de prestations dont les analyses chimiques totales des roches, les analyses

qualitatives et quantitatives, les dosages géochimiques des éléments même sous forme de traces,

l’expertise de pierres et de métaux précieux, l’étude des minéraux en grains.

La SODEMI a dans son patrimoine plusieurs gisements miniers résumés dans le tableau I dont

quelques uns sont en exploitation tels que celui de colombo-tantalite d’Issia, les dépôts de

calcaire coquiller (faluns) sur le littoral. Elle exploite une mine d’or depuis 1991 à Ity dans

l’ouest du pays par la SMI (Société des Mines d’or d’Ity), détenue par elle et par La Source

développement SA, actionnaire majoritaire. Une autre mine d’or est en exploitation à Angovia

par la CMA (Compagnie Minière d’Afrique) : Un partenariat entre le BRGM (majoritaire) et la

SODEMI.

La SODEMI poursuit des travaux d’exploration dans le cadre de joint-venture avec des

partenaires d’horizons diverses (Canada, Australie, Afrique du sud, France etc..) sur ses

différents permis miniers.


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Par le truchement d’accord de partenariat, la SODEMI est, non seulement un pourvoyeur de

sujets de recherche d’intérêt, mais aussi un partenaire responsable au service de tout promoteur

et investisseur minier ambitionnant participer à ses côtés ou en association avec elle, à la mise en

valeur du riche potentiel minier ivoirien (source : www.sodemi.com).

1.2) Organisation et fonctionnement

Depuis le 02 Janvier 2008, la SODEMI fonctionne suivant une hiérarchie structurée comme suit:

1.2.1) Le Conseil d’Administration

Il a à sa tête un Président auquel est rattaché un conseiller spécial. Le Conseil d’Administration

est chargé de prendre les décisions et de nommer le Directeur général.

1.2.2) La Direction Générale

Le Directeur Général est celui qui est chargé de faire mettre à exécution, les décisions prises par

le conseil d’administration. Il est assisté dans sa tache par un conseiller technique et deux

services qui sont :

Le Service de Contrôle de Gestion et de l’Audit Interne ;

Le Service de la Communication et des Relations Publiques ;

Pour un bon fonctionnement de la société il a sous sa tutelle trois directions divisées en services

et un service autonome ne dépendant d’aucune des 3 directions.

1.2.3) Les autres Directions

La direction de l’Administration et des Finances

Elle comprend six (6) services. Ce sont :

Le Service Finance et Comptabilité

Le Service Administratif et Juridique

Le Service de Gestion des Ressources Humaines

Le Centre Médical

Le Service de l’Informatique et la Maintenance

Le Service Commercial, Approvisionnements et de la Logistique


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La Direction du Développement Minier

Elle comprend trois (3) services :

Le Service d’Etudes Economiques et Suivi des Filiales et Participations

Le Service des Etudes et de Développement des Projets

Le Service de l’Exploitation

La Direction de la Recherche Minière

Elle comprend cinq (5) services :

Le Service de l’Exploration

Le Service de la Documentation et de la Banque des Données Géo scientifiques

Le Service du Patrimoine minier et des Prestations

Le Laboratoire d’Analyses Minérales

La base d’Issia.

Le service autonome : la Direction de la Mine de Manganèse de Lauzoua

Il comprend trois (3) services :

Le Service Mines et Géologie

Le Service Traitement de Minerai et Production

Le Service du Contrôle de la Qualité et de l’Environnement

Notons que durant notre stage nous avons été accueillis par le laboratoire d’analyse minérale que

nous allons présenter. Le LAM est sous la tutelle de la Direction de la Recherche Minière.

Ce service effectue en grande partie les travaux de la SODEMI. Ses travaux regroupent les

activités qui soutiennent l’exploration et l’exploitation minière.

Il offre une multitude de prestation dont les analyses chimiques totales des roches, les analyses

qualitatives et quantitatives, les dosages géochimiques des éléments traces et majeurs, l’expertise


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de pierres et de métaux précieux, l’étude des minéraux en grains, l’étude pétrographique, l’étude

métallographique.

Ce laboratoire comprend trois (3) sections que sont :

La section chimie géochimie

La section minéralogique pétrographie

Le Laboratoire de Traitement de Minerai (LTM)

Ce laboratoire est dirigé par un chef de service assisté d’un secrétariat technique.

Nous étions à la section Chimie Géochimie durant notre stage. En plus de ses activités

d’analyses, le Laboratoire dispose d’un musée géologique où sont exposés plus d’une centaine

d’échantillons de roches et minéraux de la Côte d’Ivoire et d’autres régions du monde.

La structure organisationnelle de la SODEMI est résumée selon l’organigramme présenté par la

figure 1.

2) Généralités sur le manganèse de Lauzoua.

2.1) Le manganèse

Présentation

Le manganèse est un élément chimique métallique cassant, gris clair, de symbole Mn et de

numéro atomique 25. Il fait partie des métaux de transition et fut pour la première fois identifié

comme élément en 1774 par le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele et isolé la même année

par Johann Gottlieb Gahn par réduction du dioxyde de manganèse sous l’action du carbone (cf

Microsoft Encarta 2009).

Le manganèse est le douzième élément par son abondance dans la nature et constitue près de

0,1% en masse de la croûte terrestre. Trop électropositif, il ne se rencontre jamais à l'état

métallique dans la nature. Les minerais de manganèse les plus abondants sont la pyrolusite

(MnO2), la psilomelane [(Ba,H2O)2Mn5O10] et la rhodochrosite (MnCO3) (cf Encyclopédie

Universalis version 13). Chimiquement analogue au fer, le manganèse corrodé à l'air humide et


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se dissout dans les acides. Il fond vers 1 245 °C, bout vers 1 960 °C, sa densité est de 7,2 et sa

masse atomique de 54,938.

Utilisation

Environ 90% de la production minière sont employés sous forme d’alliages dans l'élaboration

des aciers (cf http://fr.wikipedia.org/wiki/ManganÃ¨se)car il permet de les désoxyder d’accroitre

leur résistance à l’usure et leur dureté. Les 10% restants étant utilisés par l'industrie chimique

sous forme de composés divers du manganèse : MnO2 comme dépolarisant des piles sèches

salines ou alcalines, les permanganates, comme KMnO4 utilisé comme oxydant et comme

désinfectant, le sulfate MnSO4, introduit dans l'alimentation du bétail, et divers composés

utilisés comme fongicides (qui s’opposent aux maladies des plantes), engrais ou encore dans

l’industrie pharmaceutique.

2.2) La mine de Lauzoua

Le site de la mine de manganèse de Lauzoua est situé à près de 200 km d'Abidjan, sur l'axe

Grand-Lahou / Fresco. Le minerai occupe une superficie de 21 km2, avec une réserve d'au moins

2,5 millions de tonnes (cf Adingra J. E. (2007). . La mine de Lauzoua, initialement exploitée

par l'entreprise « Moktar » de 1960 à 1970 a été confiée par la SODEMI à Lev CI en mars 2005,

pour une campagne de 100 000 tonnes. En outre, afin de passer à une échelle industrielle plus

importante, la SODEMI a choisi de contribuer avec la china National Geological & Mining

Corporation (CGM) à la création de la Compagnie minière du littorale (CML) pour développer et

valoriser le gisement de Lauzoua, la répartition du capital de la société d’exploitation de la mine

étant de 51 % pour la SODEMI, de 39 % pour les partenaires et de 10 % pour l’Etat de Côte

d’Ivoire. Les investissements prévus sont de l’ordre de 10 milliards de FCFA, ce qui permettra à

la mine de créer 100 emplois directs et de dépasser les 300 mille tonnes par an pour atteindre les

500 mille tonnes par an.


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DEUXIEME PARTIE :

Afin de déterminer par absorption atomique, les teneurs des teneurs des éléments majeurs des

échantillons du minerai de manganèse de Lauzoua, ces derniers vont passer tout d’abord à une

phase de préparation mécanique, ensuite à une phase d’attaque chimique avant de passer à la

troisième et dernière phase : l’absorption atomique.

1) Préparation mécanique.


MATERIEL ET MATERIEL ET

METHODESMETHODES

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Durant cette phase les échantillons vont subir plusieurs traitements mécaniques que sont : le

séchage, le concassage, le quartage, le broyage et l’homogénéisation suivie d’une mise en

enveloppe.

1.1) Matériel utilisé

Divers matériels étaient à notre disposition. Ce sont principalement :

Une fiche de demande d’étude

Deux étuves (figure 2)

Des sacs en toile

Un concasseur à mâchoires (figure 3)

Trois pistolets à air (figure 4)

Un diviseur à rifles (figure 5)

Une pelle métallique

Un broyeur à anneaux (figure 6)

Du sable de verrerie.

Des étagères de rangement (figure 7)

Des chariots

Des enveloppes 4*7 (figure 8) et des sachets

Et comme équipements de sécurité :

Une blouse ;

Une paire de lunettes de sécurité ;

Des casques anti-bruits ;

Un masque à poussière ;

Et des gants en latex

1.2) Méthodes

Réception/classement des échantillons.

Les échantillons arrivent à la salle de réception, dans des sacs en toile sur lesquels sont marquées

le nom de la mission, le numéro du puits et la profondeur d’échantillonnage. Ils sont

accompagnés de leur fiche de demande d’étude qui est une fiche préalablement remplie par le

demandeur et sur laquelle figurent toutes les informations relatives à sa demande d’étude telle

que : le nom du projet ou de la mission, la date et lieu de prélèvement, le nom du demandeur, le


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nombre d’échantillons et leurs références(le nom de la mission, le numéro du puits et la

profondeur) ainsi que l’étude ou l’analyse demandée

Notons qu’il ya deux types de fiche de demande d’étude : une fiche pour les demandes faites par

les clients (annexe1) et une fiche pour les demandes émanant de la SODEMI (annexe 2). Après

la réception des échantillons, l’on s’assure que le nombre d’échantillons et leurs références sont

en concordance avec les échantillons que l’on a devant nous. Après quoi les échantillons sont

regroupés selon les indications de la fiche de demande d’étude afin de passer à la première

étape : le séchage.

1.2.1. Séchage

Les échantillons ayant toujours une certaine humidité à leur arrivée, ils vont être séchés à l’étuve

pendant une période allant de quelques heures à deux jours en fonction de leur taux d’humidité,

de leur masse et de leur nombre. Les échantillons étant généralement en masse importante l’eau

y est logée en profondeur. Le séchage se fera donc à une température de 150° C afin d’être sure

d’atteindre cette eau (la faire évaporer) et parce qu’au-delà certains minéraux peuvent

s’évaporer. Les échantillons sont placés sur les étagères de l’étuve puis la température est réglée

grâce au système électronique. Le séchage permet non seulement de faciliter le concassage, le

quartage et le broyage mais aussi d’éviter le colmatage à l’intérieur des appareils et ainsi les

contaminations.

Une fois les échantillons séchés, on inscrit sur de nouveaux sacs en toile les mêmes références

que celles indiquées sur les sacs d’origine puis on passe à la deuxième étape : le concassage.

1.2.2. Concassage

Le concassage consiste à réduire la taille des échantillons de façon à la rendre inférieure ou égale

à 5mm dans le but de les rendre accessibles au broyage. Il se fait à l’aide d’un concasseur à

mâchoires.

Avant de commencer le concassage, le concasseur à mâchoires est soigneusement nettoyé à l’air

comprimé grâce au pistolet à air qui est alimenté par le compresseur, de sorte à éliminer la

poussière ou les traces du précédent échantillon concassé et ainsi éviter les contaminations. Puis,


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une fois l’appareil mis en marche, l’échantillon est versé dans la trémie d’alimentation. Puis les

chocs répétés entre la mâchoire supérieure fixe et la mâchoire inférieure mobile du concasseur

vont provoquer la fragmentation de l’échantillon. Ainsi le produit concassé se déverse dans un

tiroir situé au bas de l’appareil d’où il est extrait pour passer directement au quartage. Notons

qu’après le passage d’un échantillon et à la fin du concassage, l’appareil est soigneusement

nettoyé à l’air comprimé toujours dans le souci d’éviter les contaminations.

1.2.3. Quartage

Le quartage est fait lorsque l’échantillon concassé est en masse importante. Il permet de diviser

l’échantillon concassé en quatre parties statistiquement égales, homogènes et représentatives de

l’échantillon mère (tout venant) dont seulement l’une passera au broyage. Cela afin de réduire la

masse d’échantillon à broyer..

L’échantillon concassé est étalé sur la pelle métallique puis renversé dans le diviseur à rifles qui

le divise en deux parties dont l’une sera encore divisée, ce qui nous donne quatre parties. Au

final, seulement un quart représentatif de l’échantillon d’origine passera au broyage et les trois

autres sont renversés dans le sac d’origine puis conservées pour servir d’échantillons témoins au

cas où l’on souhaiterait reprendre plus tard l’analyse. Toutefois, il arrive qu’une seule division

suffise pour obtenir la quantité d’échantillon voulue. Par ailleurs, Notons qu’après le passage

d’un échantillon et à la fin du quartage, le dispositif est nettoyé à l’air comprimé.

1.2.4. Broyage

Le broyage consiste à pulvériser l’échantillon séché, concassé puis quarté afin d’obtenir une

granulométrie inférieure ou égale à 0,125mm.

Pour effectuer cette opération, la SODEMI utilise un broyeur à anneaux.

L’échantillon est renversé dans le broyeur à anneaux préalablement nettoyé à l’air comprimé et

le temps de broyage est réglé à l’aide d’un minuteur présent sur l’appareil. Les anneaux du

broyeur, en s’entrechoquant, vont pulvériser l’échantillon. Une fois le broyage terminé,

l’échantillon est renversé dans un sachet et remis dans le sac en toile.

Dans le souci d’éviter toute contamination, le broyeur est nettoyé, après chaque passage d’un

échantillon et à la fin du broyage, à l’air comprimé puis avec du sable de verrerie. Lequel sable a

été préalablement lavé à l’acide chlorhydrique technique (acide chlorhydrique diluée entre 1 et


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5%) puis abondamment rincé et séché pour éliminer les métaux et ne conserver pratiquement

que la silice.

1.2.5. Homogénéisation et mise en enveloppe.

Les échantillons broyés sont homogénéisés par simples secousses pour que la teneur des

éléments soit la même en tout point et renversés dans des enveloppes où sont inscrits le numéro

de la demande ainsi que les mêmes inscriptions que celles présentes sur le sac en toile. Les

enveloppes sont alors rangées par groupes toujours selon les indications de la fiche de demande

d’étude, dans de grands sachets.

Notons que chaque échantillon sera renversé dans deux enveloppes dont l’une portera la mention

SODEMI et l’autre EXTERIEUR. Les échantillons contenus dans les enveloppes portant la

mention SODEMI passeront aux autres étapes tandis que les autres seront destinés à la vente.

De tout ce qui a été énoncé précédemment, il ressort que la préparation mécanique permet après

plusieurs opérations de réduire chaque échantillon en une fine poudre afin de rendre aisée

l’attaque chimique. Elle est faite méticuleusement et avec le souci permanent d’éviter les

contaminations car en cas d’erreur toute la suite du travail s’en retrouverait faussée. D’où la

nécessite de conserver une certaine portion d’échantillon de façon à pouvoir reprendre les

opérations en cas d’erreur ou pour vérification.

Les échantillons maintenant pulvérisés, homogénéisés et contenus dans des enveloppes sont

prêts à passer à la seconde phase : l’attaque chimique.

2) Attaque chimique.

Cette seconde phase regroupe une série d’opérations ayant pour finalité la dissolution de

l’échantillon broyé en vue de permettre le dosage par absorption atomique des éléments.


Divers matériels ont été utilisés durant cette deuxième phase. Ce sont :

La fiche de travail


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Pour la pesée

Une microbalance (figure 9) ;

Un pinceau et du papier essuie-tout ;

Une spatule ;

Une nacelle ;

Des creusets en téflon

Des échantillons témoins

Et un portoir.

Pour l’attaque chimique proprement dite

Plusieurs réactifs sont utilisés. Ce sont :

L’eau distillée ;

L’acide fluorhydrique concentrée de formule HF ;

L’acide sulfurique (H2SO4) dilué à 50%;

L’acide chlorhydrique (HCl) dilué à 50% ;

A cela s’ajoutent :

Une plaque chauffante ;

Une pince;

Des fioles jaugées, des éprouvettes graduées;

un entonnoir;

un extrateur

Aussi pour notre propre sécurité nous sommes tenus de porter :

Une blouse ;

Un masque à gaz ;

Une paire de lunettes ;

Et une paire de gants.

2.2) Méthodes.


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Après donc la préparation mécanique nous allons passer au remplissage de la fiche de travail qui

marque ainsi le début de cette phase d’attaque chimique.

2.2.1. Remplissage de la fiche de travail

Les échantillons sont amenés à la salle de pesée avec leur fiche de demande d’étude grâce à

laquelle nous remplissons une fiche appelée « fiche de travail » qui nous servira jusqu’à la fin

des analyses. En nous référant à la fiche de demande d’étude nous notons sur la fiche de travail

le nom de la mission, le numéro de la demande d’étude, le numéro des échantillons

conformément à l’ordre indiqué sur la demande, les éléments à doser, la date de la pesée et les

numéros des fioles devant contenir les échantillons après leur dissolution.

NB : Afin de juger de la fiabilité de l’attaque, l’on ajoute d’autres échantillons qui vont nous

servir de témoins. Ainsi sur la fiche de travail, tous les dix échantillons, un échantillon est doublé

puis on ajoute au total un échantillon standard (provenant d’un laboratoire spécialisé) dont les

teneurs en éléments majeurs sont déjà connues. Pour le minerai de manganèse, les échantillons

standards ont pour dénomination « MOKTA » et « GABON ».

2.2.2. Pesée

La pesée consiste à prélever pour chaque échantillon, une prise d’essai allant de 0,1000 à

0,1005g d’échantillon.

Pour faire la pesée, il faut :

Avant de commencer, toujours débarrasser l’intérieur de la balance de toute

poussière afin d’éviter les erreurs de mesure et les contaminations ;

Ensuite, allumer la balance puis poser la nacelle à l’intérieur et comme celle ci a

une certaine masse, on tare la balance de sorte à ce qu’elle indique la valeur 0 ;

Utiliser la spatule pour prélever, pour chaque échantillon, une certaine quantité de

façon à obtenir la masse souhaitée et la mettre dans la nacelle;

Lire la masse qui s’affiche une fois que la valeur est stable puis la noter sur la

fiche de travail à la place correspondante ;

Renverser, pour chaque échantillon, la prise d’essai dans le creuset en téflon qui

lui a été attribué. On utilise un creuset en téflon car cette matière résiste à l’attaque de

l’acide fluorhydrique ainsi qu’à des températures moyennement élevées;


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Après le passage d’un échantillon, nettoyer à l’aide d’un papier essuie-tout, la

spatule et la nacelle pour éviter les contaminations;

Enfin une fois tous les échantillons pesés, poser les différents béchers dans un

portoir.

Les différentes prises d’essai prélevées vont maintenant passer à l’attaque chimique proprement

dite.

2.2.3. Attaque chimique proprement dite.

Avant même d’entrer dans la salle d’attaque, il faut allumer l’extrateur car c’est cet appareil qui

aspirera les différents gaz dégagés afin de les extraire de la salle.

A chaque prise d’essai contenu dans le creuset en téflon on ajoute un peu d’eau

distillée pour que les éléments soient regroupés ;

Ensuite on ajoute 5 ml d’acide fluorhydrique et 2 goutes d’acide sulfurique dilué à

50% ;

On met le creuset sur la plaque chauffante et on laisse chauffer jusqu’à ce que le

contenu sèche ;

On recommence la même opération mais cette fois sans ajouter d’eau distillée,

c'est-à-dire qu’on ajoute encore 5 ml d’acide fluorhydrique puis 2 goutes d’acide

sulfurique dilué à 50% et on laisse chauffer à sec ;

Puis on ajoute 10 ml d’acide chlorhydrique dilué à 50% pour dissoudre la croute

formée à l’intérieur du creuset;

On chauffe pendant 10 mn à peu près puis on enlève, à l’aide de la paire de ciseau,

les creusets de la plaque chauffante ;

On laisse refroidir puis on transvase chaque solution obtenue dans la fiole jaugée

de 100 ml qui lui a été attribué puis on y ajoute de l’eau distillée jusqu’à atteindre le

trait de jauge ;

Enfin on homogénéise et on laisse reposer au moins une heure avant de passer à la

l’absorption atomique.

Notons qu’après l’attaque, le matériel est soigneusement rincé avec de l’eau distillée.


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L’attaque chimique deuxième phase de la détermination des éléments majeurs des échantillons

du minerai de manganèse de lauzoua, est intervenue après que les échantillons aient été rendus

en poudre afin de les dissoudre. Les échantillons se retrouvent donc en solution, condition

nécessaire pour pouvoir faire le dosage par absorption atomique.

3) Absorption atomique


Le matériel utilisé se compose comme suit :

1 spectromètre SAA Varian 5 (figure 10) ;

De l’eau distillée ;

De l’acide chlorhydrique à 5% ;

Des solutions standards concentrées en certains minéraux ;

Des fioles jaugées de 50 ou 100 ml ;

Des chariots ;

Des pipettes ;

des béchers ;

Un extrateur.

3.2) Méthodes

L’absorption atomique est une méthode spectroscopique de détermination quantitative des

éléments chimiques présents dans un échantillon et permettant de doser une soixantaine

d’éléments chimiques à l’état de traces (quelques mg/l) (cf Ecole des mines de Saint Etienne).

Elle se base sur l’absorption de photons par des atomes à l'état fondamental, et on utilise à cet

effet en général des solutions sauf dans le cas des hydrures.

3.2.1) Principe de l’absorption atomique

L’échantillon liquide est projeté en fines gouttelettes dans une flamme pour obtenir en son sein,

des atomes libres à l'état fondamental : c’est l’atomisation. Ensuite un faisceau lumineux

d’intensité connue et de longueur d’onde bien défini (caractéristique de chaque élément


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chimique) provenant d’une lampe à cathode creuse ou d’une lampe EDL est envoyé sur la

flamme contenant. Pendant que le spectre passe à travers la flamme, le rayonnement de la lampe

est absorbé par les atomes libres à l’état fondamental, induisant une transition électronique de

l’atome de l’état fondamental à l’état excité. L’intensité non absorbée transmise au détecteur est

mesurée permettant ainsi de déduire la quantité de photons absorbés donc l’absorption. Les

photons absorbés étant caractéristiques des éléments absorbants et leur quantité étant

proportionnelle au nombre d’atomes d‘éléments absorbants, l’absorption atomique permet de

mesurer les concentrations des éléments dosés pour chaque échantillon.

Il s'agit donc d’obtenir des atomes à l'état fondamental, relier l'absorption causée par ces atomes

à leur nombre et ensuite ce nombre à leur concentration dans la solution à doser.

3.2.2) Appareillage et fonctionnement

Le dispositif expérimental utilisé en absorption atomique est le spectromètre SAA Varian 5. Il

est composé de trois compartiments majeurs :

La source lumineuse ici la lampe à cathode creuse. La cathode est constituée de

l'élément que l'on veut doser et la lampe contient un gaz rare (argon ou néon). Lorsqu'on

applique une différence de potentiel de quelques centaines de volts entre les deux

électrodes, le gaz rare est ionisé et ces ions bombardent alors la cathode, arrachant des

atomes à celle-ci (cf ADO R. (2003)). Ces atomes sont donc libres et sont excités par

chocs : il y a émission de photons caractéristiques de l'élément constituant la cathode

creuse. La particularité du rayonnement ainsi émis est qu'il est constitué de raies très

intenses et très fines. Il existe des lampes multi éléments et des lampes mono éléments

qui ont l’avantage de limiter les risques d’interférences spectrales. La particularité du

rayonnement ainsi émis est qu'il est constitué de raies très intenses et très fines.

La chambre du bruleur dans laquelle le nébuliseur se charge de vaporiser la solution en

fines gouttelettes après qu’elle est été aspirée par le capillaire et le bruleur dégage une

flamme faisant passer les atomes de l’état fondamental à l’état excité.il ya 2 types de

flammes. La flamme air acétylène qui est la plus utilisée et qui permet de réaliser le

dosage de nombreux éléments et la flamme protoxyde d'azote//acétylène qui est utilisée

pour certains éléments qui forment des oxydes réfractaires particulièrement solides. Puis


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C1.V1


le rayon lumineux passant à travers la flamme est absorbé par les atomes et la partie non

absorbée est transmise au troisième compartiment.

Un photomultiplicateur et un système électronique permettant l’élimination des

lumières parasites dues à l’émission des éléments contenus dans la solution à analyser, le

captage de l’intensité de rayonnement non absorbé et la transformation de ce signal

lumineux en signal électrique, ainsi que l’affichage de la concentration en mg/l.

Notons que le SAA Varian 5 est aussi équipé d’une imprimante connectée à l’appareil.

3.2.3) Mise en œuvre

Le dosage par absorption atomique se fait suivant les processus suivants :

3.2.3.1. Préparation de solutions standards et dilution des échantillons

Préparation des standards ou étalons

Pour la préparation des standards de concentrations différentes et de volume identique (100ml),

on utilise une solution mère de concentration C=1000mg/l en l’élément que l’on désire doser,

fournie par un laboratoire spécialisé, à partir de laquelle on prépare une solution fille de

concentration C1=100mg/l et de volume V1=100ml. Pour se faire, on prélève un certain volume

V de solution mère auquel on ajoute de l’eau distillée jusqu’à atteindre le trait de jauge 100ml de

la fiole. Pour connaitre le volume V de solution mère à prélever pour préparer la solution fille, on

utilise la loi de conservation de la matière :

n=n1 C.V= C1.V1

V= (1)

AN : V= = 10


C

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V=10 ml

On prélève donc 10ml de solution mère qu’on renverse dans une fiole jaugée de 100ml à la

quelle on ajoute de l’eau distillée jusqu’à atteindre le trait de jauge.

A partir de cette solution fille on prépare plusieurs solutions standards ou étalons de

concentrations différentes mais de même volume (100ml) en prélevant un volume déterminé

toujours en utilisant le principe de conservation de la matière. Une fois le volume de solution

fille prélevé, celui-ci est transvasé dans une fiole jaugée de 100ml et on y ajoute la solution de

dilution préalablement préparée c'est-à-dire l’acide chlorhydrique dilué à 5%, jusqu’à atteindre le

trait de jauge. Le choix de l’acide chlorhydrique dilué à 5% comme solution de dilution nous est

imposé, par le milieu réactionnel (proportion des composants) de l’attaque chimique. En effet les

10ml d’HCl diluée à 50% ajoutées pour dissoudre la croute formée dans le creuset (cf attaque

chimique) ramenées ensuite à 100ml par ajout d’eau distillée font que le milieu contient

approximativement 5% d’HCl diluée à 50%.

Les solutions du manganèse et du fer étant miscibles, une solution standard unique issu du

mélange des deux solutions sera préparé à concentration égale en Mn et Fe.

La gamme de solutions étalons est donnée par le tableau suivant:

Tableau II : Gamme des étalons et volume de solution fille prélevée pour le manganèse, le fer et

l’aluminium


2


Dilution des échantillons


Gamme des solutions

Etalons

Volume de solution

fille(C=100mg/l) prélevé

1μg/ml 1ml

2μg/ml 2ml

4μg/ml 4ml

5μg/ml 5ml

10μg/ml 10ml

20μg/ml 20ml

5μg/ml 5ml

10μg/ml 10ml

20μg/ml 20ml

50μg/ml 50ml

100μg/ml 100ml

2


Les échantillons sont eux aussi dilués de sorte à ce que la concentration de l’élément à doser

puisse être mesurée correctement par le spectromètre. Pour cela il faut que cette concentration

soit dans la gamme des concentrations optimales qui correspond au domaine de linéarité de la

courbe d’étalonnage fournie grâce aux solutions standards (étalons). La solution utilisée comme

solution de dilution est toujours l’acide chlorhydrique à 5% qui nous est imposé par le milieu

réactionnel de la solution d’attaque de l’échantillon. La gamme des concentrations optimales

pour le manganèse, le fer et l’aluminium est donnée par le tableau IV.

3.2.3.2. Lecture au spectromètre d’absorption atomique

La lecture des concentrations se fait de la façon suivante :

Optimisation

L’optimisation consiste à sélectionner les différents paramètres spécifiques de l’élément à

doser. Les différents paramètres sont :

- L’intensité de la lampe en mA (milliampère)

- Le diamètre de la fente F (nm)

- La longueur d’onde λ en nanomètre (nm)

- La condition de la flamme : acétylène / air ou protoxyde d’azote / acétylène

Ils sont contenus dans le Cook book livré avec l’appareil.

NB : il faut toujours s’assurer que la longueur d’onde de l’élément à doser est maximisée afin

d’avoir l’absorbance la plus élevée possible et aussi vérifier que le faisceau lumineux est

parallèle à la fente du brûleur, donc à la flamme.

Pour le manganèse, le fer et l’aluminium que nous avons dosé, ces paramètres sont donnés

énumérés dans le tableau ci dessous :

Tableau III : paramètres spécifiques au manganèse, au fer et à l’aluminium


2


Eléments chimiques

Paramètres

Manganèse Fer Aluminium

Longueur d’onde (nm) 279,5 248,3 309,3

Fente (nm) 0,2 0,2 0,5

Intensité de la lampe (mA) 5 6 10

Condition de la flamme acétylène/ air acétylène/ air acétylène / protoxyde

Tableau IV: Gamme des concentrations optimales ou intervalle de travail pour le

manganèse, le fer et l’aluminium

Eléments Gamme des concentrations

optimales (mg/l)

Manganèse [0,02 ; 5]

Fer [0,06 ; 15]

Aluminium [40 ; 200]


2


Après l’étape de l’optimisation de l’appareil il faut allumer la flamme en air/acétylène,

augmenter la flamme l’acétylène de 2 à 3 puis basculer le bouton air à N20, enfin régler la

flamme en position optimale pour le calibrage de l’appareil et le dosage des échantillons.

Calibrage

Il consiste à régler l’appareil de façon à ce qu’il puisse correctement déterminer les

concentrations des éléments. Cela en faisant rentrer des valeurs spécifiques de concentration

d’étalons (solutions standards) afin d’obtenir une courbe d’étalonnage, donnant l’absorbance en

fonction de la concentration, en fonction de laquelle le dosage des échantillons sera fait et dont

l’intérêt est qu’elle permet de savoir pour chaque élément, la gamme des concentrations

optimales, c'est-à-dire l’intervalle des valeurs de concentration pour lesquelles on est sûr que la

lecture se fera correctement (les valeurs appartenant au domaine de linéarité de la courbe). Le

SAA Varian 5 n’autorise que l’utilisation de trois standards pour le calibrage.

Réglage du temps de lecture

Appuyer sur la touche

Entrer la valeur et valider avec

Enregistrement des concentrations des standards

Appuyer sur la touche , entrer la valeur de la concentration du premier

standard et faire la même chose pour le second et le troisième standard après avoir appuyé

respectivement la touche et la touche


TOUCHE

SEC

READ

VALUE

STD 1

VALUE

STD 2

VALUE

STD 3

2


Valider ensuite en pressant la touche

Passage en mode concentration

Appuyer sur la touche

Lecture des concentrations des standards

-doser le 1er standard et appuyer 3 fois la touche

- doser le 2ème standard et appuyer 3 fois la touche

- doser le 3ème standard et appuyer 3 fois la touche

Le calibrage achevé, nous pouvons passer au dosage des échantillons

Dosage des échantillons

Avant de commencer, presser la touche puis mettre l’imprimante

en marche en appuyant la touche PRINTER

RESET

plonger le capillaire dans la fiole contenant l’échantillon, laisser aspirer quelques

secondes puis puis effectuer trois lectures en appuyant trois fois sur la touche

plonger le capillaire dans le bécher contenant l’eau distillée pour le nettoyer, laisser

aspirer quelques secondes puis appuyer sur la touche READ puis si la valeur affichée

est C=0,0mg/l alors appuyer sinon refaire la même chose

prendre une fiole contenant un autre échantillon et effectuer la même opération.


READ

CONC

CAL

STD1

CAL

STD 2

CAL

STD 3

INT

HOLD

READ

CAL ZERO

2


Une fois tous les échantillons dosés, doser d’autres standards qui seront utilisés comme

témoin.

NB : lors du dosage d’un échantillon il peut s’avérer que la concentration de celui-ci soit

supérieure à la gamme des concentrations optimales données par la courbe d’étalonnage, la

machine affiche alors « OVER ». Dans ce cas on dosera plutôt l’échantillon dilué puis on

multipliera la valeur obtenue par le facteur de dilution pour avoir la concentration de

l’échantillon initial.

3.2.4) Avantages et inconvénients de l’absorption atomique

Avantages

L’absorption atomique est une méthode qui présente de nombreux avantages :

- elle est très sélective, il n’y a pas d’interférences spectrales ou alors elles sont connues,

- la technique est simple si on sait préparer les solutions initiales,

- elle est très documentée, tous les pièges sont répertoriés dans le COOK BOOK livré avec

l’appareil.

Inconvénients

Les limites de l’absorption atomique sont :

- pour des raisons technologiques et non de principes, certains éléments comme les gaz rares et

les halogènes ne peuvent être analysés par spectrométrie, leur absorption n’étant pas comprise

entre 180 et 1000 nm,

- les concentrations doivent être à l’échelle de trace,

- l’aspect non qualitatif de la technique impose la connaissance des éléments à doser afin de

choisir la source adaptée,

- les réglages préliminaires se basent sur des paramètres qui ne sont pas toujours indépendants

(cf école des mines de Saint Etienne).


2


TROISIEME PARTIE :


RESULTATS ET RESULTATS ET

DISCUSSIONSDISCUSSIONS

2

X (mg/l) × K

P×100


1. Résultats et interprétations

Résultats

Les résultats sont donnés en mg/l et sont inscrits sur la fiche de travail (voir annexe 3). Or les

résultats attendus par le demandeur sont en général en pourcentage mais en plus portent aussi sur

certains oxydes du manganèse, du fer et de l’aluminium. Pour passer de la concentration en mg/l

de ces métaux au pourcentage des oxydes, on applique la formule :

%MxOy

Avec : MxOy l’élément chimique concerné(M) associé à l’atome d’oxygène

X la concentration en mg/l

P le poids en gramme de l’échantillon

Et K le rapport de la quantité massique de l’oxyde MxOy et celle de l’élément M.

Notons que K varie pour un élément en fonction de l’oxyde dont on veut connaître le

pourcentage. Par exemple : pour trouver le pourcentage de MnO, le K sera égale à :

M(MnO)/M(Mn)= (54.9380+16,00) / 54.9380= 1,29

K=1,29.

Quelques valeurs de K sont données par le tableau V

Pour déterminer uniquement le pourcentage de l’élément Mn, on utilise la formule

Les résultats sont donnés de la façon suivante :


2


Tableau VI : Quelques résultats d’analyse


N°

FIOLEN° ECHANT

%

Al203

% Fe203

%

Fe

%

MnO% Mn

1 P/E0 00-0,4m 6,76 17,96 12,56 51,31 39,78

2 P/E1 0-1 m 10,41 18,67 13,06 40,46 31,37

3 P/E1 1-3,30 m 7,91 10,41 7,28 53,12 41,18

4 P/JII 0-2,10 m 8,48 13,26 9,28 52,60 40,74

5 P/JII 0-2,10 m 8,53 13,53 9,47 52,68 40,79

6 P/KII 0-1 6,31 2,99 2,09 63,47 49,2

7P/KII 1-1,60

m11,81 19,51 13,64 35,99 27,9

8 P/L0 0-2,60 m 12,71 24,75 17,31 35,60 27,6

9 P/LI 0-2,10 m 14,10 30,04 21,01 36,84 28,56

10 MOKTA 2 8,90 9,54 6,67 50,49 39,14

2


Interprétations

Tout d’abord les concentrations des 2 standards dosés en dernier permettent de savoir si les

mesures ont été faites correctement ou pas. Ensuite, si les teneurs mesurées sont beaucoup plus

élevées que celles habituelles, on vérifie que tous les échantillons doublés ont

approximativement la même teneur et pour chaque échantillon témoin inséré durant la pesée, que

la valeur de la teneur mesurée correspond à sa valeur réelle. Dans notre cas les échantillons 4 et 5

sont des doubles. La valeur de la teneur en manganèse étant approximativement la même on en

déduit que la préparation mécanique et l’attaque chimique ont été faites correctement mais que

l’appareil manque de justesse. De plus le pourcentage de Mn pour le standard MOKTA 2

correspondant à la valeur réelle, l’on peut dire que les mesures ont été effectuées correctement.

Les échantillons 1 et 10 ayant une teneur inférieure à 35% sont considérés comme pauvres en

manganèse, les échantillons 2, 7, 8 et 9 ayant une teneur en manganèse comprise entre 35 et 40%

sont considérés comme assez riches et les échantillons 2, 3, 4, 5 et 6 ayant une teneur supérieur à

40% sont considérés comme riches.

Après leur détermination, ces teneurs en pourcentage sont inscrites sur une fiche appelée « fiche

de résultat », se différenciant de la fiche de travail par le fait que les résultats d’analyses qu’elle

comporte sont en pourcentage et qui sera ensuite remise au demandeur.

2. Discussions

Nous avons vu que la plupart des éléments (environ 60) du tableau périodique peuvent être

analysés par absorption atomique. Pourquoi alors recourir à d’autres méthodes telles que

l'émission atomique? Or les techniques d'émission atomique en flamme et en plasma sont

largement utilisées, ce qui ne serait pas le cas si les chimistes analytiques n'y voyaient pas

des avantages par rapport à la spectroscopie d'absorption.

Les techniques d'émission atomique présentent deux avantages majeurs par rapport à

l’absorption atomique :


2


Certains éléments peuvent être analysés avec une plus grande sensibilité et moins

d'interférences

L'émission atomique permet d'effectuer des analyse qualitatives, ce qui n'est pas le cas en

absorption. En effet, c'est l'échantillon lui-même qui est la source de lumière dans une

spectroscopie d'émission. Cela signifie que plusieurs éléments peuvent être analysés

simultanément, ce qui représente un gain de temps appréciable, et donc un gain d'argent, même

si un spectromètre d'analyse multi-éléments en émission coûte beaucoup plus cher qu'un

spectromètre d'absorption atomique (cf école des mines de Saint Etienne)

3. Critiques et recommandations

Critiques

Au sein de la SODEMI règne un très bon climat social. Pour preuve durant notre stage nous

avons été chaleureusement accueillis par le personnel qui, par sa courtoisie, son enthousiasme et

son dynamisme, nous a vraiment donné l’envie d’apprendre et a rendu aisée notre intégration,

nous facilitant ainsi la tache. Le laboratoire d’analyse minérale de la SODEMI, par la variété des

prestations qu’il offre, est une fierté pour cette société de renommée internationale. Cependant

force est de constater que subsistent quelques insuffisances. Ce sont :

Le manque de personnel : Le manque de personnel occasionne des problèmes au niveau

de la rapidité d’exécution des opérations vu que les techniciens sont sollicités à toutes les

sections.

L’insuffisance et la vétusté des appareils : L’insuffisance et la vétusté des appareils

causent non seulement le non respect des délais de livraison des résultats mais aussi

nuisent à la formation des stagiaires qui sont là pour un temps assez limité

Au niveau de la préparation mécanique : De nombreux appareils étant hors

service, ceux restants sont insuffisants. Sur quatre (4) étuves seulement deux (2)

fonctionnent, sur cinq(5) concasseurs seuls trois (3) sont en état de travailler. De

plus certains parmi les appareils en état de marche tendent vers la fin de leur

durée de vie ce qui réduit leur efficacité et occasionne des pannes, ralentissant

ainsi de façon considérable le travail. Durant notre passage au LAM, nous avons


2


constaté des défaillances au niveau du broyeur ce qui nous a empêché de travailler

pendant près d’une journée et demi ;

Au niveau de l’attaque chimique : Les plaques chauffantes utilisées étant vétustes,

la température n’est pas homogène sur toute la surface de la plaque ce qui ralentit

le travail vu que les réactions ne se font pas au même rythme ;

Au niveau de l’absorption atomique : Le spectromètre utilisé donne certes de bons

résultats mais il tombe souvent en panne du fait de sa vétusté. Même si ce ne sont

que des pannes légères, elles ralentissent le travail.

Un problème de synergie entre les différents services : cela se ressent notamment

lorsqu’il faut passer des commandes. La signature des bons de commande se fait très

lentement ce qui occasionne l’arrêt du travail. Durant notre stage, il s’est passé plusieurs

semaines sans qu’il n’y ait d’enveloppes. Du coup, les échantillons étaient bloqués à la

préparation mécanique.

Recommandations

Afin d’améliorer le processus de détermination par absorption atomique du minerai de

manganèse de Lauzoua, nous trouvons impératif de faire les suggestions suivantes :

Il serait souhaitable de recruter des techniciens qualifiés en rajout au personnel existant

de sorte à améliorer le rendement du point de vue du volume des opérations à effectuer

Au niveau de la préparation mécanique : il serait opportun d’acheter de nouveaux

appareils pour remplacer ceux hors service ainsi qu’un nouveau broyeur pour réduire le

temps de la préparation mécanique. Aussi, l’on pourrait envisager d’utiliser pour la

pesée, un témoin (par exemple des masses marquées) pour être sûre de l’exactitude des

mesures ;

Au niveau de l’attaque chimique : pour une réalisation plus rapide de l’attaque chimique,

il serait utile d’acquérir deux nouvelles plaques chauffantes dont l’une serait conservée

pour être utilisé en cas de défaillance de l’autre ou en cas de surcharge ;

Au niveau de l’absorption atomique, Aussi il serait opportun d’acheter un spectromètre

d’absorption atomique plus fiable et performant tel qu’un SAA varian 55 qui réduirait le


2


temps de l’absorption atomique. Aussi peut être pourrait-on, comme pour la fusion

plombeuse de l’or, utiliser des blancs qui nous serviraient de témoins encore plus fiables

que les solutions standards ;

L’on pourrait solliciter les services de personnes qualifiées pour la maintenance,

l’entretien et le suivi des différents appareils du laboratoire de sorte à éviter les pannes

incessantes ;

Par ailleurs il serait nécessaire d’analyser puis prévoir les besoins du LAM de sorte à

émettre des bons de commande assez tôt pour que la lenteur des formalités

administratives n’affecte pas les opérations du laboratoire. En outre il serait judicieux

d’avoir toujours du matériel en réserve en cas de retard de la commande ;

Enfin, les éléments majeurs que nous avons dosés par absorption atomique étant

essentiellement le manganèse, le fer et l’aluminium, il aurait été souhaitable de changer le

thème « détermination par absorption atomique des teneurs des éléments majeurs des

échantillons du minerai de manganèse de Lauzoua » par « détermination par absorption

atomique des teneurs du manganèse, du fer et de l’aluminium des échantillons du minerai

de manganèse de Lauzoua ». Cela pour plus de précision, afin de permettre à la personne

qui prend ce rapport de savoir immédiatement de quoi il traite.


2


« Détermination par absorption atomique des teneurs des éléments majeurs des échantillons du minerai de

manganèse de Lauzoua » tel était le thème soumis à notre étude. Il avait pour but de doser les éléments

cités plus haut et de contrôler les teneurs mesurées. Pour se faire, nous avons tout d’abord réduit les

échantillons en une fine poudre au terme de la préparation mécanique ensuite nous avons prélevé

pour chaque échantillon une prise d’essai que nous avons dissous à l’aide notamment de divers

acides. Après quoi les teneurs des éléments recherchés dans les échantillons préalablement dilués

ont été lues au spectromètre d’absorption atomique qui a été calibré à l’aide de solutions étalons

préalablement préparées puis optimisé. Par ailleurs, l’absorption atomique est certes très simple

et fiable, mais elle est limitée notamment par le fait qu’elle ne permet pas de doser certains

éléments comme les gaz rares et les halogènes. Les résultats obtenus nous ont permis de

déterminer différentes qualités de minerai et seront utilisés pour la poursuite des travaux

d’exploitation, d’exploration ou pour la commercialisation du minerai.

Ce stage a été très enrichissant pour nous en ce sens qu’il nous a donné de nouvelles

connaissances sur les méthodes chimiques d’analyses et de reconnaissance des minéraux ,

cependant il l’aurait été encore plus, si les conditions de travail (appareils) avaient été

meilleures. C’est dans l’espoir qu’elles le deviennent que nous avons fait certaines

recommandations.


CONCLUSIONCONCLUSION

Documents

Détermination par absorption atomique des teneurs des éléments majeurs des échantillons du minerai de manganèse de Lauzoua