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MATIÈRES PREMIÈRES :

La teneur moyenne de l'écorce terrestre est d'environ 75 ppm.

Dans les minerais, le nickel est souvent associé au fer, au cuivre, au chrome et au cobalt.

Minerais : deux principaux types se partageant environ moitié-moitié l'approvisionnement en nickel :

Sulfurés, sous forme de pentlandite, (Ni,Fe)9S8, associée, en général, à de la pyrrhotite (Fe7S8), de la pyrite (FeS2) et de la chalcopyrite (CuFeS2). Les exploitations minières sont, en général, souterraines. Ces gisements se sont formés, sauf pour le gisement de Sudbury, au Canada, après l'intrusion d'un magma au travers de la croûte terrestre, par cristallisation fractionnée. Le gisement de Sudbury est un cas particulier car il résulte, il y a 1,85 milliard d'années, de l'impact d'une météorite de 10 à 15 km de diamètre suivi de la fusion de la croûte terrestre. Les zones exploitées sont situées sur le bord extérieur d'un anneau de 60 x 30 km. La découverte du gisement date de 1883 lors de la construction du chemin de fer du Canadien Pacifique traversant le Canada.

- Les minerais ont des teneurs de 0,7 à 3 % de nickel et contiennent du cuivre (environ 1 %), des platinoïdes, du cobalt, de l'argent et de l'or, qui sont récupérés. Ils sont concentrés, après broyage, par séparation magnétique puis par flottation à des teneurs de 10 à 15 % de Ni.

- Ces minerais sont exploités en Russie, au Canada, en Australie de l'Ouest, en Chine, en Afrique Australe, en Finlande.

- En Russie, la production est principalement assurée par la société Norilsk Nickel dans des complexes miniers et métallurgiques, situés dans la presqu'île de Tâimyr, en Sibérie occidentale et dans la presqu'île de Kola, proche de la frontière norvégienne.

- Les gisements de Ni-Cu-platinoïdes de Norilsk, dans la presqu'île de Tâimyr, sont regroupés dans la Polar division. Situés dans 2 zones avec 7 mines en exploitation, 6 souterraines et une à ciel ouvert, Norilsk au sud et Talnakh au nord, ils sont exploités entre 500 et 1500 m de profondeur. Le gisement le plus important est celui d'Oktiabrsky (zone de Talnakh) qui s'étend sur une surface de 3x1 km avec une épaisseur moyenne de 30 m. En 2016, la production a été de 17,2 millions de t de minerai possédant une teneur moyenne de 1,23 % de Ni, 2,09 % de Cu et 6,81 g/t de platinoïdes, le palladium étant plus abondant que le platine avec un rapport compris entre 3/1 et 4/1. Les taux de récupération sont de 77,1 % pour Ni, 94,2 % pour Cu et 77,7 % pour les platinoïdes lors de la concentration du minerai et de 93,4 % du Ni, 94,12 % du Cu et 95,0 % des platinoïdes lors des opérations métallurgiques. En 2016, la production a été de 50 860 t de Ni, 280 347 t de Cu, 53,2 t de Pd et 14,0 t de Pt. Les réserves prouvées et probables sont de 695 millions de t de minerai à 0,92 % de Ni, 1,69 % de Cu, 4,18 g/t de Pd, 1,11 g/t de Pt, 0,24 g/t de Au.

- Dans la presqu'île de Kola, la production, assurée par 4 mines, 3 souterraines et une à ciel ouvert, a été, en 2016, de 131 235 t de Ni, 70 272 t de Cu, 26,5 t de Pd et 5,4 t de Pt à partir de l'extraction de 7,6 millions de t de minerai contenant 0,53 % de Ni, 0,22 % de Cu et 0,08 g/t de platinoïdes. Les réserves prouvées et probables sont de 133 millions de t de minerai à 0,58 % de Ni, 0,28 % de Cu, 0,03 g/t de Pd, 0,02 g/t de Pt, 0,01 g/t de Au.

- Au Canada, la société Vale exploite les gisements de Sudbury (Ontario) depuis 1885, Thompson (Manitoba) depuis 1960 et Voisey's Bay (Labrador) depuis 2005. La société Glencore exploite des mines à Sudbury (Ontario) ainsi qu'à Raglan (Québec).

- En 2016, la production des 7 mines souterraines de Sudbury exploitées par Vale a été de 6,6 millions de t de minerai contenant 1,36 % de Ni, 1,57 % de Cu, du cobalt, des platinoïdes, de l'or, de l'argent... En 2016, les productions ont été de 80 400 t de Ni, 122 000 t de Cu, 882 t de Co, 5,2 t de Pt, 10,0 t de Pd, 3,0 t d'or. Les réserves prouvées et probables sont de 71,9 millions de t de minerai contenant 1,40 % de Ni, 1,71 % de Cu, 0,04 % de Co, 1,2 g/t de Pt, 1,3 g/t de Pd, 0,4 g/t d'or.

- La production par Vale des 2 mines souterraines de Thompson a été de 1,7 million de t de minerai contenant 1,78 % de Ni, du cuivre et du cobalt, soit une production de 26 500 t de Ni, 3 000 t de Cu et 700 t de Co. Les réserves prouvées et probables sont, en 2015, de 20,6 millions de t de minerai contenant 1,71 % de Ni.

- La mine à ciel ouvert de Voisey's Bay a débuté sa production en novembre 2005. Le gisement avait été découvert, début 1995, par la société Diamond Fields Resources Inc lors de la recherche de diamants. L'extraction est de 6 000 t/jour de minerai avec production d'un concentré de cuivre et d'un concentré mixte Ni-Cu-Co. Les concentrés ont été dans un premier temps expédiés dans les raffineries de Sudbury (Ontario) et Thompson (Manitoba), avant la construction qui a débuté en 2009, d'une raffinerie à Long Harbour, à Terre Neuve, qui a reçu les premiers concentrés en mai 2015 et qui traite totalement la production de Voisey's Bay depuis fin 2017. Le gisement a été acquis, en août 1996, par la société Inco absorbée depuis par Vale. En 2016, la production a été de 2,2 millions de t de minerai contenant 2,58 % de Ni, 1,54 % de Cu et du cobalt soit une production de 49 000 t de Ni, 32 000 t de Cu et 887 t de Co. Ses réserves prouvées et probables sont de 33,8 millions de t de minerai à 2,20 % de Ni, 1,02 % de Cu, 0,13 % de Co.

- La production des mines canadiennes de Glencore ont été, en 2016, de 66 200 t de nickel, 51 200 t de cuivre, 1 000 t de cobalt, 19,4 t d'argent, 1,15 t d'or, 5,4 t de palladium, 2,8 t de platine, 186 kg de rhodium. Les réserves prouvées et probables de Sudbury sont de 9 millions de t de minerai renfermant 1,43 % de Ni, 1,47 % de Cu, 0,04 % de Co, 0,75 g/t de Pt et 0,80 g/t de Pd, celles de Raglan de 10 millions de t renfermant 3,07 % de Ni, 0,76 % de Cu, 0,07 % de Co, 0,86 g/t de Pt et 2,01 g/t de Pd.

Oxydés. Ces minerais sont exploités à ciel ouvert et ne peuvent pas être concentrés par voie physique. Ils ne contiennent pas de cuivre ni de métaux précieux, mais renferment du cobalt et sont humides avec une teneur en eau d'environ 25 %. On distingue :

- Les minerais silicatés (saprolites) dans lesquels le nickel se substitue au magnésium de la serpentine (3MgO,2SiO2,2H2O). Appelés garniérite en Nouvelle-Calédonie (le plus important gisement mondial de minerais oxydés), leur teneur en Ni est de 2,3 à 3 % et le minerai contient, outre MgO et SiO2, 10 à 30 % de fer et du cobalt. Outre la Nouvelle Calédonie, ces minerais sont également exploités en Colombie et, à des teneurs plus faibles, en Indonésie, République Dominicaine, Philippines, Brésil…

En Nouvelle Calédonie, ils sont exploités par :

- La société Le Nickel-SLN, détenue à 56 % par le groupe Eramet, 34 % par la STCPI (Société de Participation Minière du Sud Calédonien) regroupant les 3 provinces de l'île et 10 % par Nisshin Steel (Japon), voir ci-dessous la situation française. Le minerai extrait est transformé, en Nouvelle Calédonie, en ferronickel, voir le chapitre métallurgie.

- La Société Minière du Sud Pacifique (SMSP), détenue par la Province Nord en association avec le groupe sud-coréen Posco (SMSP : 51 % - Posco : 49 %) extrait du minerai destiné à alimenter principalement l'usine pyrométallurgique de Gwangyang en Corée du Sud. En 2015, la production a été de 2,422 millions de t de minerais ayant fourni 39 000 t de nickel.

- La société Koniambo Nickel, détenue à 49 % par Glencore et 51 % par la Société Minière du Sud Pacifique (SMSP) exploite le massif de Koniambo dont les réserves prouvées et probables sont de 35,1 millions de t de minerai contenant 2,30 % de Ni. La production de ferronickel a débuté sur place, en 2014 avec, en 2016, une production de 13 600 t de Ni contenu dans du ferronickel. La capacité prévue est de 60 000 t/an. Les réserves prouvées et probables sont de 35,9 millions de t de minerai renfermant 2,29 % de Ni.

- Les limonites dans lesquelles Ni se substitue au fer dans la goethite (FeOOH). Appelées latérites, en Nouvelle Calédonie, ce sont des minerais pauvres qui contiennent de 1 à 1,5 % de Ni et outre Fe (40 à 50 %), Co (0,1 à 0,2 %), Cr (2 à 5 %). Ils sont également exploités à Cuba et à Madagascar et sont présents en couverture de tous les gisements de minerais silicatés. Ils sont exploités, depuis 1987, par des "petits mineurs" de Nouvelle Calédonie, par Eramet ou par Vale à Goro. La production, destinée à être traitée par hydrométallurgie, est exportée ou transformée sur place, à Goro.
La Chine importe de tels minerais pour produire, dans des anciens hauts fourneaux ou plus récemment dans des fours électriques, du ferronickel de basse teneur, à environ 10 %, appelé "nickel pig iron (NPI)" ou "nickel basic feed". En 201
6, la production chinoise de "nickel pig iron" a été de 366 000 t en Ni contenu, celle de l'Indonésie de 87 000 t.

- En Nouvelle Calédonie, l'usine de Goro (95 % Vale, 5 % STCPI (Société de Participation Minière du Sud Calédonien)) exploite un tel gisement. La production a débuté en 2010, avec, en 2016, une production de 2,919 millions de t de minerai renfermant 1,53 % de Ni et ayant donné 34 300 t de Ni et 3 188 t de Co. En 2014, les réserves prouvées et probables étaient de 122,3 millions de t renfermant 1,42 % de Ni et 0,11 % de Co.

- Le groupe Eramet a pris, en 2006, le contrôle de la société Weda Bay Minerals (Strand Minerals, détenue depuis 2016 à 100 % par Eramet : 90 %, PT Antam : 10 %) qui prévoit l'exploitation du gisement d'Halmahera, en Indonésie, qui possède des ressources de 633 millions de t de minerai contenant 1,48 % de Ni et 0,09 % de Co. La capacité de production prévue, pour 2020, est de 30 000 t/an de Ni contenu dans du ferronickel. En 2017, après le retrait, dans Strand Minerals de Mitsubishi et PamCo, le projet d'exploitation a été reconfiguré en se limitant à la production de ferronickel avec l'entrée au capital de Strand Minerals du groupe chinois Tsingshan premier producteur mondial d'aciers inoxydables. La participation d'Eramet étant de 43 %, celle de Tsingshan de 57 %.

Productions : en 2017, en milliers de tonnes de Ni contenu. Monde : 2 100, Union européenne (Grèce, Finlande, Espagne, hors Nouvelle Calédonie), en 2014 : 51.

Indonésie 400 Russie 180
Philippines 230 Brésil 140
Canada 210 Chine 98
Nouvelle Calédonie 210 Guatemala 68
Australie 190 Cuba 51
Source : USGS

Commerce international : en 2016.

- Principaux pays exportateurs : en milliers de t de minerais et concentrés. Monde : 42 620.

Philippines 33 846 Russie 134
Nouvelle Calédonie 5 589 Afrique du Sud 97
Guatemala 2 036 Turquie 83
Zimbabwe 241 Finlande 83
Australie 219 Albanie 76
Source : ITC

Les exportations des Philippines sont destinées à 93 % à la Chine, à 5 % au Japon.

- Principaux pays importateurs : en milliers de t de minerais et concentrés. Monde : 42 360.

Chine 32 110 Iles Vierges Britanniques 605
Japon 3 745 Finlande 209
Corée du Sud 3 300 Botswana 108
Ukraine 1 344 Russie 62
Macédoine 729 Belgique 56
Source : ITC

Les importations de Chine proviennent à 95 % des Philippines, 1,5 % de Nouvelle Calédonie, 1 % d'Indonésie. Entre janvier 2014 et janvier 2017, l'Indonésie qui était le principal fournisseur de la Chine a interdit l'exportation de minerais afin de développer, dans le pays, sa valorisation. Depuis janvier 2017, l'Indonésie a assoupli cette interdiction.

Producteurs : en 2016, en milliers de tonnes de Ni contenu.

- Vale (Brésil) a produit, en 2016, 311 000 t de nickel, avec les mines de Sudbury, Thomson et Voisey's Bay, au Canada, voir ci-dessus, Sorowako, en Indonésie, avec une participation de 59,2 %, et une production, en 2016, de 81 100 t de Ni, Goro, en Nouvelle Calédonie, avec 34 300 t de Ni, Onça Puma, au Brésil dans l'état de Pará, avec une production de 34 300 t de Ni.

- Nickel Asia Corporation a produit, aux Philippines, en 2016, 237 000 de nickel contenu dans des minerais de 4 mines. La production a été de 19,254 millions de t de minerai humide dont 7,342 millions de t de saprolites exportées, 4,350 millions de t de limonites exportées et 7,562 millions de t de limonites livrées aux usines hydrométallurgiques de Coral Bay et Taganito pour produire du sulfate de nickel et cobalt. La mine de Rio Tuba, dans l'île de Palawan, détenue à 60 %, a produit 2,273 millions de t de saprolites et 3,884 millions de t de limonites dont 3,449 millions de t livrées à l'usine hydrométallugique de Coral Bay, la mine de Taganito, au nord de l'île de Mindanao, détenue à 65 %, a produit 2,338 millions de t de saprolites et 5,659 millions de t de limonites dont 4,113 millions de t livrées à l'usine hydrométallurgique de Taganito, la mine de Hinatuan, au nord de l'île de Mindanao, a produit 1,209 million de t de saprolites et 1,743 million de t de limonites et la mine de Cagdiano, dans l'île de Dinagat, a produit 1,361 million de t de saprolites et 0,625 million de t de limonites. Les réserves prouvées et probables sont de 112 millions de t de saprolites renfermant 1,51 % de Ni et 12,41 % de Fe et de 264 millions de t de limonites renfermant 1,13 % de Ni et 41,32 % de Fe.

- Norilsk (Russie) a produit, en 2016, 235 749 t de nickel, principalement en Russie, voir ci-dessus, mais également, hors de Russie, en Afrique du Sud, à Nkomati, avec 50 % de la société Nkomati Nickel, en association avec African Rainbow Minerals, qui a produit, pour la part revenant à Norilsk, 8 486 t de Ni, 4 007 t de Cu, 1,2 t de Pd et 0,467 t de Pt. La participation dans la mine de Nkomati est en vente.

- Glencore (Suisse) a produit, en 2016, 115 100 t de nickel dans des mines au Canada, à Sudbury (Ontario), ainsi qu'à Raglan (Nord du Québec) avec une production de 66 200 t de Ni, 51 200 t de Cu, 1 000 t de Co, en Australie Occidentale, à Murrin Murrin avec une production de 35 300 t de nickel et 2 800 t de cobalt et une participation de 49 % dans la société Koniambo Nickel, en Nouvelle Calédonie, avec une production de 13 600 t de Ni contenu dans du ferronickel. Les réserves prouvées et probables de Murrin Murrin sont de 237,9 millions de t de minerai renfermant 0,94 % de Ni et 0,064 % de Co.

- BHP-Billiton (Australie) a produit, en 2016-17, 85 100 t de nickel dans des gisements sulfurés en Australie occidentale à Mont Keith, Leinster et Cliffs. Les réserves prouvées et probables sont de 21 millions de t de minerai renfermant 0,65 % de Ni à Mont Keith, 1,9 million de t renfermant 1,2 % de Ni à Leinster, 0,69 million de t renfermant 2,4 % de Ni à Cliffs et 96 millions de t renfermant 0,61 % de Ni pour la mine, en projet, de Yakabindie.

- Jinchuan (Chine), dans la province du Gansu, exploite un gisement sulfuré de nickel-cuivre, découvert en 1958, de 6,5x0,5 km, situé au pied du Mont Longshou avec une capacité de production de 150 000 t/an de nickel contenu dans les minerais. En 2016, la production a été de 68 000 t. Les réserves prouvées sont de 560 millions de t de minerai renfermant 6 millions de t de nickel, 3,9 millions de t de cuivre et de nombreux autres éléments métalliques tels que du cobalt, de l'argent, des platinoïdes...

- Eramet (France) a produit, en 2016, 55 226 t de nickel contenues dans du ferronickel et des mattes, voir ci-dessous.

- Anglo American (Royaume Uni) a produit, au Brésil, en 2016, 44 500 t de nickel contenu dans les minerais de saprolite. La production est réalisée sous forme de ferronickel, dans l'Etat de Goiás, à Barro Alto, avec le traitement de 2,357 millions de t de minerai renfermant 1,76 % de Ni et donnant 35 500 t de nickel et Niquelândia avec le traitement de 0,589 million de t de minerai renfermant 1,71 % de Ni et donnant 9 000 t de nickel. Les réserves prouvées et probables de Barro Alto sont de 40,4 millions de t de minerai renfermant 1,39 % de Ni, celle de Niquelândia de 7,7 millions de t renfermant 1,26 % de Ni.

- South32 issu de BHP-Billiton, exploite les latérites à Cerro Matoso, en Colombie, avec, en 2016-17, l'extraction de 4,447 millions de t de minerai humide qui ont donné 2,561 millions de t de minerai sec renfermant 1,59 % de Ni. La production de nickel sous forme de ferronickel a été de 36 500 t. Les réserves prouvées et probables sont de 38 millions de t à 1,2 % de Ni.

- Sherritt International, a produit, en 2017, 20 018 t de nickel et 2 166 t de cobalt. La société exploite des limonites, à Cuba au travers de Moa, joint venture 50/50 avec General Nickel Company, groupe d'Etat cubain et à Madagascar, près de Moramanga, dans le centre-est du pays, à travers la société Ambatovy, détenue à 12 % par Sherritt, 47,7 % par Sumitomo Corporation et 40,3 % par Korea Resources Corporation. En 2017, la production de Moa a été de 31 523 t de nickel, dont 16 853 t pour Sherritt et de 3 601 t de cobalt dont 1 800 t pour Sherritt. La production d'Ambatovy a été de 35 474 t de nickel dont 4 257 t pour Sherritt et de 3 053 t de cobalt dont 366 t pour Sherritt. Les réserves prouvées et probables de Moa sont de 58,46 millions de t de minerai renfermant 1,15 % de Ni, 0,12 % de Co et 43,8 % de Fe. Celles de Ambatovy sont de 180,9 millions de t de minerai renfermant 0,83 % de Ni et 0,08 % de Co.
Le gisement de Ambatovy couvre une surface de 1 600 ha, à une profondeur de 20 à 100 m. Exploité à ciel ouvert, sans explosifs car la roche est très friable, le minerai conditionné sous forme de pulpe est acheminé, avec un débit de 826 t/h, en 30 heures, par un pipeline, d'un diamètre de 60 cm, sur 220 km jusqu'à la raffinerie de Toamasina sur la côte est de l’île. La production a débuté en janvier 2014, avec une production prévue de 60 000 t/an de nickel et 5 600 t/an de cobalt.

Réserves mondiales : en milliers de t, en 2017. Monde : 74 000.

Australie 19 000 Philippines 4 800
Brésil 12 000 Indonésie 4 500
Russie 7 600 Afrique du Sud 3 700
Nouvelle Calédonie, en 2016 6 700 Chine 2 900
Cuba 5 500 Canada 2 700
Source : USGS

Les ressources sont constituées à 70 % de minerais latéritiques et à 30 % de minerais sulfurés.

Situation française : exploitations minières de Nouvelle Calédonie, en 2016.

- La production a été de 15,429 millions de t de minerai renfermant 204 207 t de nickel (11,087 millions de t de saprolites contenant 169 976 t de Ni et 4,342 millions de t de latérites contenant 34 531 t de Ni).
- Les exportations de minerai ont porté sur 5,821 millions de t de minerai destiné à 55,7 % à la Corée du Sud, 29,3 % au Japon, 13,6 % à la Chine et 1,4 % à l'Australie.
En nickel contenu elles ont porté sur 82 081 t destinées à 58,0 % à la Corée du Sud, 30,3 % au Japon, 10,7 % à la Chine et 1,0 % à l'Australie.

- La société Le Nickel-SLN (détenue à 56 % par Eramet) exploite les mines de Thio (depuis 1875), Kouaoua, Népoui Kopéto, Tiébaghi et depuis 2007, Poum, avec une production de 3,189 millions de t de minerai de saprolite destinées à l'usine métallurgique de Doniambo et de 397 000 t exportées dont 131 000 t de minerais de latérites. La teneur moyenne des minerais, après enrichissement est de 2,47 %. Les réserves prouvées et probables de la société sont, en Nouvelle Calédonie, de 37,6 millions de t de saprolites contenant en moyenne 2,55 % de Ni et, en Indonésie, les ressources mesurées, indiquées et supposées de 483,8 millions de t de saprolites contenant, en moyenne, 1,55 % de Ni et 0,04 % de Co et de 148,9 millions de t de limonites renfermant 1,23 % de Ni et 0,17 % de Co.

- La Société Minière du Sud Pacifique (SMSP), détenue par la Province Nord qui exploite en association avec le groupe sud-coréen Posco (SMSP : 51 % - Posco : 49 % au travers de Nickel Mining Company (NMC)) les mines de Ouaco, Poya, Nakety, Kouaoua et Boakaine produit, 3,6 millions de t/an de minerai de garniérite destinées à alimenter principalement l'usine pyrométallurgique de Gwangyang en Corée du Sud, détenue à 51 % par la SMSP et 49 % par Posco au travers de la Société du Nickel de Nouvelle-Calédonie et Corée (SNNC) et qui a débuté sa production en octobre 2008 avec une capacité portée depuis à 54 000 t/an de Ni contenu dans du ferronickel. Par ailleurs, la SMSP est associée à Glencore (SMSP : 51 % - Glencore : 49 %) dans l'usine pyrométallurgie du Nord exploitant le gisement de Koniambo, avec une capacité de production prévue de 60 000 t de Ni contenu dans du ferronickel. La production a débuté en 2014 et, en 2016, elle a été de 13 600 t de Ni contenu dans du ferronickel.

- Vale exploite la mine de Goro (détenue à 95 % par Vale et 5 % par la STCPI (Nouvelle Calédonie)) depuis 2010. En 2016, la production a été de 28 465 t de Ni contenu dans de l'oxyde et de 7 269 t de Ni contenu dans de l'hydroxyde.

Autres sociétés exploitant des mines : Société des Mines de la Tontouta (SMT), Société Minière Georges Montagnat (SMGM)...

 

Les mines de nickel, en Nouvelle Calédonie

(d'après un document du Sénat : projet de loi de finances pour 2007 : outre-mer)

 

MÉTALLURGIE

Minerais sulfurés :

Procédé pyrométallurgique puis hydrométallurgique : c'est le principal procédé utilisé pour traiter les concentrés de minerais sulfurés. Il consiste dans un traitement pyrométallurgique donnant une matte de nickel constituée principalement de sulfure de nickel suivi d'un traitement hydrométallurgique donnant du nickel pur. Un traitement par vapométallurgie peut également être employé.

- Grillage partiel des concentrés vers 600-700°C, généralement en lit fluidisé : l'oxydation sélective et partielle des sulfures de fer, présents à des teneurs élevées systématiquement dans tous les minerais sulfurés, donne, en phase solide, un mélange de sulfures de nickel, cuivre, cobalt, de sulfure de fer résiduel et d'oxyde de fer. La principale réaction se produisant à ce stade est l'oxydation de la pyrrhotite selon l'équation chimique suivante :

3 Fe7S8 + 38 O2 = 7 Fe3O4 + 24 SO2

Le fer ayant plus d'affinité pour l'oxygène que, dans l'ordre, le cobalt, le nickel et le cuivre, les autres éléments sont protégés d'une transformation en oxydes par un apport limité en dioxygène. La réaction de grillage étant fortement exothermique, l'alimentation en concentré est contrôlée afin de maintenir une température comprise entre 600 et 700 °C et, en général, un apport de combustible n'est pas nécessaire. Le produit obtenu est appelé calcine.

- Fusion : dans des fours électriques à arc immergé, vers 1200°C, la calcine fond, l'oxyde de fer Fe3O4 est réduit en FeO par le sulfure de fer résiduel selon la réaction simplifiée suivante :

3 Fe3O4 + FeS = 10 FeO + SO2

L'ajout d'un laitier siliceux provenant de l'opération suivante de conversion permet d'y dissoudre l'oxyde de fer et ainsi de l'extraire de la matte fondue sous forme de silicate de fer, en émulsionnant le mélange afin d'assurer un contact intime entre la matte et le laitier. Par ailleurs, les oxydes de nickel, cuivre et cobalt formés lors de l'opération suivante de conversion et se trouvant dans le laitier sont ainsi récupérés et repassent dans la matte selon la réaction suivante pour le nickel :

NiO + FeS = FeO + NiS

Le silicate de fer n'étant pas miscible dans la matte fondue, contrairement à l'oxyde de fer, les deux liquides se séparent par décantation en formant, après émulsion, à la surface de la matte liquide une couche liquide de laitier, sa densité étant de 2,8 à 3,8 alors que celle de la matte est de 4,8 à 5,6. La matte obtenue à ce stade à la composition moyenne suivante : 16 % de Ni, 1 % de Cu, 58 % de Fe et 25 % de S.

La fusion peut aussi être réalisée dans des fours flash-smelting dans lesquels le grillage et la fusion sont successivement opérés. La chaleur apportée par le grillage étant utilisée pour la fusion.

- Conversion : à une température d'environ 1200°C, la matte liquide est oxydée par de l'air ou du dioxygène dans des convertisseurs de type Pierce-Smith. La principale réaction est l'oxydation du sulfure de fer en oxyde en fer qui en présence d'un laitier de silice se dissous dans celui-ci. La quantité de dioxygène soufflée dans la matte est limitée afin d'éviter au maximum l'oxydation des sulfures de nickel, de cuivre et de cobalt. La faible quantité d'oxydes de nickel, cuivre et cobalt formée est récupérée lors du recyclage du laitier dans l'opération précédente de fusion. La composition obtenue est la suivante : 75 % de Ni, 3 % de Cu, 1 % de Fe et 20 % de S.

- Traitement hydrométallurgique de la matte de nickel : les mattes de nickel quel que soit le procédé utilisé pour les obtenir on sensiblement la même composition et leurs traitements, pour obtenir le nickel pur, sont identiques. Voir ci-dessous d'affinage hydrométallurgique des mattes lors du traitement des minerais oxydés.

- Traitement vapométallurgique : un traitement de carbolylation, procédé Mond, avec du monoxyde de carbone est employé par Vale dans ses raffineries de Sudbury, au Canada, et de Clydach, au Royaume Uni, pour produire du nickel. Il consiste à réduire de l'oxyde brut de nickel par du dihydrogène puis de purifier le nickel obtenu à l'aide de monoxyde de carbone qui vers 50-60°C, ne réagit qu'avec le nickel en donnant du tétracarbonyle de nickel gazeux Ni(CO)4. Ce dernier se décompose vers 220-250°C en donnant du nickel de grande pureté.

Procédé hydrométallurgique : nous décrirons le procédé utilisé par Vale dans son usine de Long Harbour, à Terre Neuve, pour traiter le minerai de Voisey's Bay. Ce procédé, en milieu acide chlorhydrique et dichlore en solution, consiste en une lixiviation à chaud, sous pression, suivie d'une série de purifications par extractions par solvants organiques et se terminant par une électrolyse d'une solution de nickel purifiée.
Les concentrés en présence de la solution acide provenant de l'électrolyse finale de production de nickel subissent un prétraitement à l'aide de dichlore provenant également de l'électrolyse finale, puis l'ensemble est introduit, avec ajout de dioxygène, dans un autoclave, sous pression, à chaud. Une première élimination des composés insolubles est réalisée par décantation. Une deuxième purification est réalisée avec l'extraction par solvant des ions Cu2+ qui après déextraction donnent par électrolyse du cuivre. Une troisième purification à l'aide de sulfure d'hydrogène permet d'éliminer le cadmium, ainsi qu'une grande partie du fer, par précipitation des sulfures correspondants. Cette purification est suivie par l'élimination des ions Ca2+, Cu2+ résiduels, Pb2+, Fe2+ résiduels, Mn2+, Zn2+ à l'aide d'une nouvelle extraction par solvant. Une dernière purification par extraction par solvant des ions Co2+, déextraction puis électrolyse donnant du cobalt, donne une solution purifiée d'ions Ni2+qui par électrolyse donne du nickel. La solution, acidifiée lors de l'électrolyse, après la récupération d'environ la moitié des ions Ni2+ contenus, retourne en aval du procédé pour dissoudre les concentrés, ainsi que le dichlore produit lors de l'électrolyse.

D'autres procédés, comme le procédé Sherritt, ont utilisé de l'ammoniac, sous pression.

Minerais oxydés :

Procédé pyrométallurgique : nous décrirons l'exemple de l'usine de Doniambo de la société Le Nickel-SLN en Nouvelle-Calédonie. Le minerai donne, dans un premier temps, du ferronickel de première fusion qui pour une grande part, après affinage, est destiné à la production d'aciers inoxydables et pour une autre part est transformé en sulfure de nickel (matte) destiné à la production de nickel. Ce dernier est obtenu, à partir des mattes, selon un procédé hydrométallurgique. Depuis le 10 août 2016 la production de matte à Doniambo est arrêtée.

Réduction : le minerai, riche en eau (25 %), est séché, puis, après ajout de 50 kg d'anthracite par t de minerai sec, calciné à 1000°C dans des fours rotatifs (95 m de long, 4 m de diamètre). Une première réduction des oxydes métalliques a ainsi lieu, à l'état solide.

Le minerai est ensuite réduit, en phase liquide, dans des fours électriques de type Demag. Le métal (ferronickel de 1ère fusion) sur lequel surnagent des scories est coulé dans des poches de 18 t. Les scories sont granulées à l'aide d'eau de mer et utilisées pour des remblaiements.

- Four Demag : cuve : 33 m de long, 13 m de large, 5,5 m de haut. Puissance nominale : jusqu'à 75 MW, utilise 6 électrodes de 1,4 m de diamètre. Le rendement est de 97 % et la consommation électrique : 19 000 kWh/t de Ni.

Une tonne de minerai donne 110 kg de ferronickel (contenant de 24 à 29 kg de Ni).

 Affinage du ferronickel de 1ère fusion : consiste à enlever des proportions variables de C, S et Si selon la qualité désirée de ferronickel et le fer pour l'obtention des mattes.

- Production de ferronickel (contient de 24 à 26 % de Ni) : la société Eramet est le 1er producteur mondial de ferronickel.

- Production de mattes (destinées à l'élaboration de Ni) :

Exemple : usine de Doniambo

- C'est une usine de la société Le Nickel-SLN, du groupe Eramet. Elle a été construite en 1910, effectif : 1 400 personnes.

- Traite le minerai calédonien à l'aide de 3 fours électriques de type Demag dont le FD10, d'une puissance de 75 MW, le plus puissant four de fusion au monde.

- Consommation de minerai brut : 3 à 4 millions de tonnes par an.

- Capacités de production : 75 000 t/an de Ni dont 80 % en ferronickel et 20 % en matte. Depuis le 10 août 2016 et l'arrêt de la production de mattes toute la production est sous forme de ferronickel. Depuis de début de la production, en 1880, celle-ci a été de 1 million de t de mattes.

- La totalité des mattes était exportée vers la métropole pour être transformée à Sandouville.

Usine du Nord, à Koniambo : elle a démarré en 2014, avec une production, en 2016, de 13 600 t de nickel contenu dans du ferronickel et une capacité prévue de 60 000 t/an de nickel contenu.

Affinage des mattes par hydrométallurgie :

- Lessivage : après broyage, les mattes sont dissoutes par une solution de chlorure ferrique, en présence de Cl2. Ni2+ et les ions des impuretés métalliques (Fe, Co, Cr...) passent en solution (en présence d'ions Cl-). Le soufre éliminé lors de cette opération est récupéré.

- Purification de la solution de Ni2+, par extractions successives des diverses impuretés à l'aide de solvants organiques ou de résines échangeuses d'ions.

- Extraction du cobalt par du tri-iso-octylamine. Co est récupéré sous forme de chlorure de cobalt.

- Électrolyse de la solution de Ni2+ : les anodes sont insolubles. Ni se dépose sur des cathodes constituées de feuilles minces de Ni. Ni obtenu est à plus de 99,97 %. Les cathodes sont débitées en "carrés" et livrées en fûts de 200 ou 250 kg.

Exemple : usine de Sandouville

- Exploitée par le groupe Eramet. L'usine date de 1978, son effectif est de 180 personnes.

- Elle traite des mattes et produit du nickel de haute pureté, des sels de nickel et de cobalt. Depuis l'arrêt, le 10 août 2016, de la production de mattes dans l'usine de Doniambo, en Nouvelle Calédonie, l'approvisionnement est réalisé par des mattes finlandaises provenant de l'usine de Boliden à Harjavalta.

- Capacités annuelles de production : 16 000 tonnes de Ni.

- Autres produits obtenus (en capacités annuelles de production) : Co : 500 tonnes (sous forme de chlorure de cobalt), FeCl3 : 1 000 t, S : 4 000 t.

- Eramet est le 1er producteur mondial de chlorure de Ni.

Procédé hydrométallurgique : exemple de l'usine de Goro, exploitée par Vale, en Nouvelle Calédonie.

Le procédé (HPAL : High Pressure Acid Leach) consiste en une lixiviation sous pression à l'aide d'acide sulfurique suivie d'une purification par précipitation d'hydroxydes puis d'extractions par solvants et purification par résines échangeuses d'ions.

Le minerai (limonite et garniérite) est mis en suspension dans l'eau pour donner une pulpe qui est préchauffée à l'aide de vapeur d'eau puis introduite dans un autoclave (270°C) en présence d'acide sulfurique. Les parties valorisables du minerai, Ni2+ et Co2+, passent à 98 % en solution. La solution est séparée de la pulpe lixiviée par une succession de lavages et décantations.

La neutralisation de la solution acide est réalisée à l'aide de calcaire et de chaux qui forment du gypse. Lors de cette neutralisation de nombreux éléments métalliques, en particulier Fe, précipitent sous forme d'hydroxydes qui sont éliminés par décantation et filtration. Les principaux cations restant en solution sont les suivants : Ni2+, Co2+, Zn2+, Co2+, Mn2+, Mg2+ et Ca2+. Une extraction par solvant permet de récupérer simultanément Ni, Co et Zn qui sont déextraits par l'acide chlorhydrique. Zn est éliminé sur résine échangeuse d'ions. Co est extrait par solvant et la solution restante de chlorure de nickel, chauffée à l'air à 800°C, donne de l'oxyde de nickel, le chlorure d'hydrogène étant recyclé pour former l'acide chlorhydrique. Après déextraction la solution de chlorure de cobalt est neutralisée avec du carbonate de sodium pour donner du carbonate de cobalt.
En 2016, la production de l'usine de Goro a été de 34 300 t de nickel contenu dans de l'hydroxyde et de l'oxyde de nickel et de 3 188 t de cobalt contenu dans son carbonate.
L'oxyde peut ensuite être réduit en nickel à l'aide de dihydrogène.

Le procédé hydrométallurgique a été développé par Sherritt International pour traiter, depuis 1960, les minerais cubains dans sa raffinerie de Fort Saskatchewan, au Canada, et depuis 2014 les minerais malgaches.
Il est utilisé par Sumitomo Metal Mining Company (SMMC), pour le traitement de minerais latéritiques des Philippines, avec la société Coral Bay Nickel Corporation, proche de la mine de Rio Tuba, dans l'île de Palawan. La société détenue à 54 % par SMMC, 18 % par Sojitz, 18 % par Mitsui et 10 % par Nickel Asia Corporation, créée en 2005, possède une capacité de production de 24 000 t/an de sulfate de nickel et de cobalt avec une teneur de 57 % de Ni et 4 % de Co qui est raffiné, au Japon, à Niihama. En 2013, une nouvelle usine est entrée en production, à Taganito, au nord de l'île de Mindanao, pour traiter, en partie, le minerai de la mine proche, avec une capacité de production de 51 000 t/an de sulfate de nickel et de cobalt. La société Taganito HPAL Mining Corporation (THPAL) est détenue à 75 % par SMMC, 15 % Mitsui et 10 % Nickel Asia Corporation.
Il est également utilisé par Glencore pour traiter les minerais australiens de Murrin Murrin et par Ramu NiCo Management pour traiter les latérites de Papouasie Nouvelle Guinée.

La société Queensland Nickel, actuellement en difficultés financières, dans sa raffinerie de Yabulu à Townsville, en Australie, utilise une lixiviation à l'ammoniac suivie d'extractions par solvants. Le minerai latéritique est importé de Nouvelle Calédonie et des Philippines. Les capacités de production sont de 76 000 t/an de Ni et 3 500 t/an de Co.

 

RECYCLAGE :

Le recyclage fournit 50 % du Ni destiné à la production des aciers inoxydables (Ni contenu dans les aciers inoxydables est réutilisé lors du recyclage de ces aciers) et 20 % des autres utilisations. Aux États-Unis, en 2017, recyclage de 90 000 t qui représentent 43 % de la consommation. Dans l'Union européenne, le taux de recyclage est de 45 %.

 

PRODUCTIONS : en 2015, production de Ni (en milliers de tonnes) contenu dans Ni raffiné, les sels et les ferronickels. Monde, en 2016 : 1 989, Union européenne (hors Nouvelle-Calédonie), en 2013 : 117.

Chine, en 2016 573 Nouvelle Calédonie, en 2016 108
Russie 239 Norvège 91
Japon 194 Brésil 78
Canada 159 Madagascar 47
Australie 132 Finlande 43
Source : Eramet

En Chine, en 2016, les importations de ferronickel ont été de 1 045 085 t, provenant à 72 % d'Indonésie, 9 % de Nouvelle Calédonie. Celles de nickel brut ont été de 370 728 t à 62 % de Russie, 9 % du Canada, 5 % d'Afrique du Sud.

Dans le monde, en 2011, la production de nickel donne une coproduction de 98 000 t de cobalt, 472 t de platinoïdes, 10 t de scandium. Par exemple, en 2014, la production de cobalt provient, à 50 %, de mines de nickel, 44 % de mines de cuivre et seulement pour 6 % de mines de cobalt.

Producteurs : en 2016, en milliers de t.

Vale (Canada, Royaume Uni, Japon, Nlle Calédonie...) 311 BHP-Billiton (Australie) 85
Norilsk (Russie, Finlande) 236 Sumitomo Metal Mining Co. (Japon) 85
Jinchuan (Chine) 140 Eramet (France, Nouvelle Calédonie) 55
Glencore (Norvège, Australie, Nlle Calédonie) 115 Anglo American (Brésil) 44
Source : rapports des sociétés

- Vale, exploite des raffineries de nickel, sur les sites de production minière, au Canada, à Sudbury avec une capacité de production de nickel raffiné de 66 000 t/an, Thompson avec 38 000 t/an et Long Harbour avec 50 000 t/an, en Nouvelle Calédonie, à Goro avec 57 000 t/an, au Brésil à Onça Puma, avec 27 000 t/an de Ni contenu dans du ferronickel, en Indonésie, à Sorowako, avec 80 000 t/an de nickel contenu dans des mattes, mais également, au Japon, à Matsuzaka, détenue à 87,2 %, avec 60 000 t/an, à Taïwan, à Kaoshiung, avec 18 000 t/an, en Chine, à Dalian, détenue à 98,3 %, avec 32 000 t/an, au Royaume Uni, à Clydach, au Pays de Galles, avec 40 000 t/an. En 2018, la raffinerie de Thompson devrait être fermée et la production de la mine traitée à Sudbury et Long Harbour.

- En Russie, les premières mattes de cuivre-nickel du complexe de Norilsk ont été livrées en 1939. Un chemin de fer relie l'usine métallurgique au port de Dudunka sur l'Ienisseï qui évacue les mattes de cuivre et de nickel ainsi que les produits destinés au raffinage dans l'usine Severonickel, dans la presqu'île de Kola. Depuis mars 2007, après la reprise des activités de OMG, Norilsk exploite la raffinerie de Harjavalta, en Finlande, d'une capacité de 66 000 t/an. En 2016, les productions de Norilsk Nickel ont été de 235 749 t de nickel, 360 000 t de cuivre, 81,4 t de palladium, 20,0 t de platine avec 50 860 t de nickel contenues dans les mattes produites dans l'usine métallurgique de Nadezhda dans la presqu'île de Tâimyr, 131 265 t de nickel raffiné produit dans la raffinerie de Monchegorsk dans la presqu'île de Kola, 53 654 t de nickel raffiné par la raffinerie de Harjavalta. La raffinerie de nickel de la presqu'île de Tâimyr a été fermée, en 2016, et la production traitée dans la presqu'île de Kola et à Harjavalta.

- Glencore depuis la prise de contrôle de Falconbridge, en août 2006, exploite la raffinerie de Kristiansand, en Norvège, qui traite les minerais extraits au Canada, avec une capacité de production de 86 000 t/an de Ni, 39 000 t/an de cathodes de cuivre et 5 200 t/an de Co et une production, en 2016, de 65 600 t de nickel. Possède une participation de 49 % dans la société Koniambo Nickel, en Nouvelle Calédonie, avec, en 2016, une production de 13 600 t de Ni contenu dans du ferronickel et exploite, en Australie, la raffinerie de Murin Murin, avec, en 2016, une production de 35 300 t de Ni.

- BHP-Billiton produit du nickel via sa filiale Nickel West, en Australie occidentale, à Kalgoorlie qui produit des mattes raffinées à Kwinana, dans la banlieue de Perth.

- Sumitomo Metal Mining Company (SMMC) produit du sulfate de nickel et de cobalt, par hydrométallurgie aux Philippines, avec la société Coral Bay Nickel Corporation, dans l'île de Palawan, avec une capacité de production de 24 000 t/an et avec la société Taganito HPAL Mining Corporation (THPAL) au nord de l'île de Mindanao, avec une capacité de production de 51 000 t/an. Le sulfate de nickel et de cobalt est raffiné au Japon, à Niihama et Harima. Par ailleurs, produit du ferronickel, à Hyuga.

- Eramet produit du ferronickel à Doniambo, en Nouvelle Calédonie et raffine des mattes importées de Finlande, à Sandouville (76).

- Anglo American produit du ferronickel au Brésil, dans l’État de Goiás, à Barro Alto, avec 35 500 t de nickel contenu et Niquelândia avec 9 000 t de nickel contenu.

 

SITUATION FRANCAISE : en 2016.

Production métallurgique, en Ni contenu : 107 538 t en Nouvelle Calédonie.

- Ferronickel : en Nouvelle-Calédonie, avec 67 518 t. La production est totalement exportée.
- Mattes : 4 286 t, à Doniambo, en Nouvelle-Calédonie
.
- Hydroxyde de nickel : 7 269 t, à Goro, en Nouvelle Calédonie.
- Oxyde de nickel : 28 465 t, à Goro, en Nouvelle Calédonie.
- Nickel électrolytique : 10 800 t, en 2010, à Sandouville (76), à partir des mattes calédoniennes.
- Sels de nickel : 2 080 t, en 2010, à Sandouville (76), à partir des mattes calédoniennes.

Exportations de Nouvelle Calédonie, en Ni contenu : total de 105 059 t.

- Ferronickel : 65 383 t.
- Mattes : 4 082 t
. La production était destinée, jusqu'en août 2016, à l'usine Eramet de Sandouville.
- Hydroxyde de nickel : 6 933 t.
- Oxyde de nickel : 28 458 t.

 

UTILISATIONS :

Consommations : de nickel primaire en 2016. Monde : 2 027 000 t dont 1 063 000 t en Chine, 380 000 t dans l'Union européenne, 198 000 t aux États-Unis, 132 000 t au Japon.

Répartition de la consommation : en 2016, dans le monde.

Aciers inoxydables (8 à 12 % Ni) 72,2 % Galvanoplastie 7,1 %
Alliages de Ni (25 à 100 % Ni) 8,8 % Batteries 3,6 %
Aciers alliés et fonderie (< 4 % Ni) 7,5 %    
Source : rapport d'activité de Norilsk

- L'utilisation dans les aciers inoxydables était de 35 % en 1960 et de 46 % en 1974.
- En Chine, en 2016, la part des aciers inoxydables est de 84 %, celle de la galvanoplastie de 6 %, des alliages de 5 %, des batteries de 4 %.

Utilisations diverses :

Aciers inoxydables : voir ce chapitre.

Nickelage : les pièces appelées chromées sont en fait essentiellement nickelées. Elles sont en acier recouvert par une couche de 20 à 30 micromètres de Ni sur laquelle est déposée une mince pellicule de Cr (0,2 à 0,3 micromètres) destinée uniquement à faciliter l'entretien. Les pièces "chromées" sont concurrencées par les plastiques (dans les pare-chocs) et les peintures. Les automobiles produites aux États-Unis contiennent environ 1 kg de Ni. L'industrie automobile représente de 6 à 8 % de la consommation finale de nickel dans le monde.

Le nickelage a lieu selon deux méthodes : électrolytique ou chimique.

- Nickelage par électrolyse : méthode la plus courante. La pièce à revêtir constitue la cathode, l'anode est formée de "carrés" de Ni pur placés dans des paniers en titane. La solution du bain d'électrolyse contient du sulfate et du chlorure de Ni2+.

- Nickelage par réduction chimique : les pièces à revêtir sont immergées dans une solution d'ions Ni2+ contenant un réducteur (hypophosphite de Na+ ou borohydrures). Exemple de composition de bain, le nickelage étant effectué à 95-98°C et à pH 4,5-5, sous agitation :

Sulfate de nickel 25 g/L Hypophosphite de sodium 20 g/L
Acide lactique 25 g/L Acide propionique 3 g/L

La vitesse de dépôt est de 15 micromètres par heure. L'acide lactique qui agit comme complexant peut être remplacé par l'acide glycolique, citrique ou salicylique. Il permet d'éviter la précipitation de phosphite de nickel, peu soluble. L'acide propionique (ou l'acide acétique ou NaF) augmente la vitesse de dépôt. Fe, Ni, Au, Co, Al, Pd catalysent la réduction. Par contre, dans le cas du cuivre ou de ses alliages, il est nécessaire de réaliser un contact avec un métal catalytique pour amorcer la réaction.

On obtient ainsi des dépôts très durs, d'épaisseur uniforme. Par exemple 95 000 m2 de pièces en acier destinées au traitement de UF6 dans l'usine Eurodif de Tricastin ont été revêtues selon ce procédé.

- Les fils d'aluminium utilisés comme conducteurs électriques sont recouverts de nickel afin d'éviter les problèmes de contact liés à la présence de la couche d'alumine (isolante). L'épaisseur du nickel est de 1,5 micromètres, le dépôt électrolytique est effectué à la vitesse de 300 m.min-1, pour un fil de 2 mm de diamètre.

Autres utilisations :

- Aciers : pour les aciers inoxydables, voir ce chapitre.

- de construction : Ni augmente la résistance mécanique.

- non fragiles à froid : 9 % de Ni.

- Autres alliages : cupronickel (10 et 30 % de Ni), maillechorts (18 % Ni). Le maillechort et le monel (64 % de Ni) sont utilisés pour fabriquer des montures de lunette. Dans l'Union européenne, la libération (par ressuage) des ions Ni2+ doit être limitée à 0,5 µg/cm2/semaine pour les objets en contact prolongé avec la peau.

- Alliage Ni-Cr (Ni : 60 %, Cr : 35 %, Si : 2 %, Mo : 1 %, Fe : 1 %) utilisé pour réaliser des couronnes et bridges dentaires.

- Alliage Inconel 600 : alliage à base de Ni contenant 13 % de Cr et 6 % de Fe. Cet alliage utilisé pour certaines pièces (manchons traversant le couvercle…) des réacteurs nucléaires à eau pressurisée des centrales françaises est sensible à la corrosion sous contrainte et les pièces présentent des fissures. Il est remplacé par l'Inconel 690 à 29 % de Cr.

- Développement de l'utilisation d'un alliage Zn-Ni (à 13 % de Ni) pour la galvanisation de tôles pour automobiles.

- Cupronickel : pièces de 1 et 2 , soit 3,5 % de la consommation française de nickel.

- Dans les batteries Ni-Cd (voir le chapitre consacré au cadmium) et nickel-hydrure métallique (NiMH). Ces dernières sont constituées d'une électrode négative formée par un alliage LaNi5 ou ZrNi2, l'électrode positive étant à base d'hydroxyde de nickel. L'électrolyte est de l'hydroxyde de potassium.

- Comme catalyseur (Ni-Al) d'hydrogénation pour la fabrication de l'acide adipique. Des catalyseurs à base d'oxyde de nickel sont employés dans le reformage du gaz naturel pour donner du dihydrogène.

- Alliages (Ni-Ti) à mémoire de forme, appelés "nitinol" (voir le chapitre consacré au titane). Utilisés en orthodontie, comme endoprothèses ("stent").

- Comme moule de fabrication de CD, DVD et disques Blu-ray. Une matrice de verre recouverte de résine photosensible est gravée par laser, puis recouverte par évaporation d'argent qui rend la surface conductrice et enfin le nickel est déposé par électrolyse. Le nickel est ensuite séparé de la matrice de verre et donne un moule permettant de fabriquer plus de 100 000 disques.

Ce sont des alliages résistant mécaniquement et chimiquement à haute température. Ils sont à la base du développement des turboréacteurs utilisés en aéronautique.

Ils sont constitués par :

Différents types :

A base de fer-nickel-chrome, à base de nickel (les plus utilisés), à base de cobalt.

Exemples de compositions : % en masse

 

Type

Fe

Cr

Ni

Co

Mo

W

Nb

Ti

Al

Ta

Base fer

A 286

55 15 26   1,2     1,9 0,3  
Base nickel

N 18

  11,5 57 11,5 6,5 4,7   4,3 4,3  
Base nickel

CMS X2

  8 66 4,6 0,6 7,9   0,9 5,6 5,8
Base cobalt

S 816

4 20 20 44 4 4 4      

FABRICATION INDUSTRIELLE :

Par métallurgie sous vide par fusion au four à induction (VIM) suivie souvent par une fusion au four à arc à électrode consommable (VAR).

Solidification orientée : les superalliages utilisés pour élaborer les aubes de turbines (tournant à 15 000 tours/min) subissent des contraintes importantes dans une direction privilégiée (force centrifuge) qui entraînent des ruptures aux joints de grains. Afin de remédier à cette fragilité intergranulaire, les aubes peuvent être obtenues sous forme monocristalline par solidification orientée. Les vitesses de tirage sont de l'ordre de 25 cm/heure.

Métallurgie des poudres : les températures actuellement atteintes dans la chambre de combustion des réacteurs (1800°C dans le réacteur M88 du Rafale) entraînent des températures de 600-700°C sur les disques de turbine. Ces températures nécessitent l'utilisation de superalliages à base de Ni contenant des quantités de plus en plus importantes de métaux réfractaires (Ta, Mo, W) qui ne peuvent être obtenus que par métallurgie des poudres, par exemple pour l'alliage N 18 développé par la SNECMA pour le réacteur du Rafale.

Utilisations :

L'amélioration du rendement des turbines aéronautiques est liée à l'accroissement de la température d'entrée de la turbine (TET). L'accroissement moyen de la TET depuis 1970 a été d'environ 15°C/an, la contribution relative aux matériaux étant d'environ 7°C/an.

Les superalliages constituent plus de 50 % de la masse des moteurs aéronautiques. Ils sont présents dans :

- Les disques de compresseurs et de turbines, et certains arbres, dont les températures de fonctionnement atteignent 650°C.

- Les aubes dont la température est portée à 1000°C.

- La chambre de combustion où la température peut atteindre 1500-1800°C.

 

Bibliographie :

- Nickel Institute, sixth floor, Avenue des Arts 14, 1210 Bruxelles, Belgique.

- Direction de l'Industrie, des Mines et de l’Énergie de Nouvelle Calédonie.

- International Nickel Study Group, Rua Almirante Barroso, 38-5th, 1000-013, Lisbonne, Portugal.

- Shanghai Metals Market (SMM).

- Documents Eramet, Tour Maine Montparnasse, 33 av. du Maine, 75755 Paris Cedex 15.

- Chambre syndicale du Nickel et de ses alliages, 17 rue Hamelin, 75016 Paris.

- "Nickel", British Geological Survey, septembre 2008.

- C.G. Anderson, "Innovations in nickel and cobalt hydrometallurgy", MinProcExtract, 2012.

- V. Potanine, "Les gisements de Ni, Cu et platinoïdes du district de Norilsk en Sibérie occidentale", Ecomine, novembre 2005.

- J. Philibert, A. Vignes, Y. Bréchet, P. Combrade, "Métallurgie : du minerai au matériau", Masson, 1998.

- J.R. Boldt Jr., The winning of nickel, Ed : Methuen & CO, Londres, 1967.

 

© Société Chimique de France.