Comment concentrer les minerais ?

[Florent D]

Bonjour,

 

Je souhaiterais avoir vos avis concernant une installation de type prototypage-éducatif pour concentrer et séparer les différents constituant d'un sol dont voici les caractéristiques :

 

 

SiO2 :	43,52%
Al2O3 :	8,64%
Fe2O3 :	18,28%
MgO :	6,54%
CaO :	6,09%
Na2O :	2,57%
K2O :	0,35%
TiO2 :	0,78%
P2O5 :	0,79%
MnO :	0,32%
SO3 :	6,42%
Cr2O3 :	0,37%

 

Pour info, les grains de ce sol font tous moins de 2mm.

 

Contrainte supplémentaire (car ce n'est pas assez rigolo), il faut utiliser le moins d'eau possible !

 

Ma première idée et de concevoir un séparateur magnétique pour séparer l'alu et le fer du reste.

[zunyite]

manque d'infos !!!! c'est une analyse purement chimique donc uniquement solution chimique ...par reactifs etc....

    il faut la nature mineralogique de l'ensemble ( un micas n'a pas le même comportement qu'une amphibole avec pourtant des compositions voisines !)

     en plus l'investissement possible !!  une cascade de liqueures lourdes n'a pas le même prix qu'une sépatation magnetique puis gravimetrique etc....

   et enfins comme c'est à but éducatif : quel âge ?....................si j'en revient aux densités on ne donne pas des liqueurs lourdes à des gamins !!

[Cedrick]

Bon courage...Vous allez pouvoir tenter de séparer au mieux des grains minéraux (ou au pire, si la granulometrie n'est pas assez fine, des grains composés de plusieurs minéraux).

Les minéraux eux même sont constitués de plusieurs éléments.

Le séparateur magnétique pourrait au mieux isoler de la magnétite ou autres minéraux magnétiques, mais ce n'est pas du tout certain qu'ils soient exprimés dans votre sol (même si Fe2O3 est présent).

 

 

[Florent D]

Merci pour vos réponses !

Quand je parle d'éducatif c'est pour le grand publique pas forcement pour que des enfants jouent avec.

 

Pour vous parler plus en détails de notre projet :

Nous sommes actuellement seize membres de Fédération Open Space Makers, une initiative soutenue par le CNES (Centre national d'études spatiales) qui vise à ouvrir le monde de l’infrastructure spatiale au plus grand nombre en fournissant un cadre et des outils pour la conduite de divers projets en open source (fusées expérimentales, cubesats, ballons stratosphériques…). Par principe, les résultats des projets développés en Open Source sont placés sous des licences ouvertes et gratuites, permettant à chacun de les utiliser, adapter, transformer, et redistribuer.

 

Dans ce cadre, nous avons imaginé le projet MarsProof afin de développer le concept d’ISRU Martienne (In-Situ Resources Utilization). Nous poursuivons l'objectif de valider et de prouver la faisabilité d’une exploitation des ressources Martiennes, et ce dans un cadre simple et à coûts minimaux.

Nous avons défini un système d'ISRU complet, subdivisé en 12 briques distinctes qui pourraient-être interconnectées suivant le schéma suivant :

 

 

Ma question précédente se pose concernant la brique P9 : Raffinerie de régolithe.

 

Donc pour info, le régolithe dont j'ai donné les caractéristiques plus haut se rapproche des Pouzzolanes Terriennes. La NASA a utiliser en son temps de la Pouzzolane pour simuler le régolithe Martien.

 

De plus, nous concevons actuellement un petit concasseur nous permettant de choisir la taille de nos grains minéraux. 

 

[said.saad]

il y a une heure, Florent D a dit :

ici les caractéristiques :

 

 

SiO2 :	43,52%
Al2O3 :	8,64%
Fe2O3 :	18,28%
MgO :	6,54%
CaO :	6,09%
Na2O :	2,57%
K2O :	0,35%
TiO2 :	0,78%
P2O5 :	0,79%
MnO :	0,32%
SO3 :	6,42%
Cr2O3 :	0,37%

 

 

Le traitement des silicates que se soit des minéraux ou roches magmatiques... Est un procédé dure. Les roches magmatiques telles que les dolérites peuvent contenir tout un tas d'éléments Cr, P, Ti, Ni, Co, As...

Mais je vous propose de lire à propos du traitement des minerais d'un gisement de type porphyre, 

Le porphyre (cas de roche magmatique minéralisée) offre cette composition d'éléments dont vous parlez

Il y on pas mal de gîte de porphyre dans des zones de subduction : au Chili par exemple

[zunyite]

pour la phase P9 il n'existe rien à l'heure actuelle capable de ce genre de chose  surtout en poids/volume transportable par fusée !!

[Florent D]

Pour l'instant, ne parlons pas de fusée, de taille ou de poids. Le principe est d'essayé de prouvé la faisabilité. 

 

Si nous arrivons à traiter 1kg ou 2kg par heure serait déjà parfait.

 

Ainsi la phase P9 peut être une suite de procédé se déroulant à la chaîne.

[zunyite]

oui mais pas faisable c'est pas faisable même au sol et maintenant !!!! même avec une pile atomique à disposition !!!

[Florent D]

Alors réévaluons ma question, que peut-on selon vous extraire de ce sol ?

[zunyite]

verrerie/ceramique à partir de SiO2 -Na20 ; separation par aimants hte intensité  d'hematite ; le reste n'est possible qu'en chimie (eau-acides-reactifs) ou en phases gazeuses mais pas encore au point et TRES energivore

[Florent D]

Il est impossible selon vous d'extraire l'alumine ?

 

Si déjà on arrive à extraire silice, hématite voir alumine je serais le plus heureux. Les autres éléments m’intéressent beaucoup moins pour l'instant.

[zunyite]

l'alumine peut être fondue puis séparée par electrolyse ! il y a une grosse nuance !

[Florent D]

Vous avez surement du le remarquer mais je suis assez nouveau dans le milieu de la géologie et des mines .

 

Donc si j'essaye de résumer le processus :

 

1. Extraction du régolithe

2.Séparation par aimants haute intensité pour séparer l'hématite du reste

3. "Fonte de l'alumine" (?)

4. Récupération de la silice

 

J'oublie peut être certaines étapes. Plus mes étapes seront précises mieux je pourrais cerner ce que nous aurons à fabriquer.

[zunyite]

le problème est qu'une fois enlever hematite/titanite , on peut fondre le reste mais pas le séparer sauf l'alumine que l'on peut séparer par electrolyse mais cela necessite des ajouts chimiques  (ajout de soude en particulier qui ne peut pas être obtenue indirectement du regolite)

[Florent D]

Peux-tu me dire ce que tu penses de ce texte Zunyite ? 

 

Citation

Fabriquer du verre sur Mars peut sembler relativement simple, sachant que la principale matière première requise, la silice (SiO2) y abonde et qu’on savait déjà fabriquer du verre dans l’Antiquité. En réalité, même si l’entreprise ne présente effectivement pas de difficulté de principe, sa mise en œuvre sur Mars nécessite l’importation de moyens conséquents.
La première étape, l’alimentation en ingrédients, n’est déjà pas si facile. En effet, le processus de base requiert non seulement de la silice (70%), mais également de la soude (14%), de la chaux (10%) et des oxydes métalliques (magnésie, alumine, 5%). Pas de problème pour récolter de la silice, sauf que la silice martienne est chargée d’oxyde de fer, qu’il faut éliminer ; ceci peut être réalisé en la faisant réagir avec du monoxyde de carbone (CO), sous-produit d’autres processus. Normalement, soude et chaux sont produites à partir de carbonates, mais ceux-ci n’abondent pas sur Mars, du moins en surface⁷ . On peut aussi partir de la calcite (présente à 5%).

Les oxydes métalliques sont moins problématiques. Mais on constate qu’il va falloir : localiser les sols favorables (gisements), récolter, isoler, éventuellement transformer, donc disposer de moyens mobiles de récolte sur le terrain et d’un véritable petit atelier de traitement chimique.

 

[Cedrick]

Vous n'avez dejà pas les bonnes informations de base. Il faut la composition minéralogique pour essayer de voir que faire de ce sol. Le fer est il exprimé sous forme d’hématite? et même cela ne sera pas suffisant il faudra également connaitre la maille de libération des minéraux pour savoir à quelle taille broyer le tout. Et bien sur être certain que le gisement ou le minerai présenté à l'usine est homogène en composition, minéralogie, granulométrie....

 

De manière générale, ce projet est vraiment utopique, comme déjà dit, même sur terre ce n'est pas faisable. En allant sur Mars, il faudra d'abord cibler un type de regolith ou une concentration minérale au lieu de prendre un sol lambda.

Je crois comprendre que cette problématique est lancée un peu dans l'esprit 'start-up nation', sauf que l'industrie lourde ça ne s'invente pas comme une application d'iphone...

 

Énormément d’équipes de minéralurgistes et/ou métallurgistes se sont cassés les dents sur des minerais pourtant beaucoup plus favorables que le sol martien.... Exemple pour extraire nickel et cobalt du regolith développé sur roches utlramafiques: cela necessite une énorme usine avec traitement du minerai à l'acide sulfurique dans des autoclaves à 270-280°C (et une pression de 60 bars). 

 

Une des clefs pour voir si des pistes sont possibles dans votre projet est d'avoir une vraie composition minéralogique, puis de voir ce qui est fait de nos jours dans les process pyrométallurgiques (pas trop compliqués sur Terre, mais sans oxygène???) et hydrométallurgiques (beaucoup plus compliqués)...

 

 

 

[Florent D]

il y a 10 minutes, Cedrick a dit :

Vous n'avez dejà pas les bonnes informations de base. Il faut la composition minéralogique pour essayer de voir que faire de ce sol. Le fer est il exprimé sous forme d'hematite?

 

De manière générale, ce projet est vraiment utopique, comme déjà dit, même sur terre ce n'est pas faisable. En allant sur Mars, il faudra d'abord cibler un type de regolith ou une concentration minérale au lieu de prendre un sol lambda.

Je crois comprendre que cette problématique est lancée un peu dans l'esprit 'start-up nation', sauf que l'industrie lourde ça ne s'invente pas comme une application d'iphone...

 

Énormément d’équipes de minéralurgistes et/ou métallurgistes se sont cassés les dents sur des minerais pourtant beaucoup plus favorables que le sol martien.... Exemple pour extraire nickel et cobalt du regolith développé sur roches utlramafiques: cela necessite une énorme usine avec traitement du minerai à l'acide sulfurique dans des autoclaves à 270-280°C (pression de 6 000 kPa). 

 

Une des clefs pour voir si des pistes sont possibles dans votre projet est d'avoir une vraie composition minéralogique, puis de voir ce qui est fait de nos jours dans les process pyrométallurgiques (pas trop compliqués sur Terre, mais sans oxygène???) et hydrométallurgiques (beaucoup plus compliqué)...

 

 

 

 

J'espère répondre à ta question par cette citation : 

 

"Les résultats, exprimés en oxyde, sont précis à quelques dixièmes de pour cent. Le sol de Mars est principalement composé d'oxydes de silicium (44 %) et d'oxydes de fer (17 %). Les oxydes de fer jouent deux rôles importants sur Mars. Premièrement, ils sont responsables de la couleur rouille caractéristique de la surface martienne (hématite principalement, mais aussi ferrihydrite). Ensuite, le sol doit ses étonnantes propriétés électriques et magnétiques à la présence de deux oxydes de fer hautement magnétique, la magnétite (Fe3O4) et la maghémite (gFe2O3). Ce dernier possède la même formule chimique que l'hématite, mais diffère de cet oxyde par sa structure cristalline. La maghémite peut se former par l'altération aqueuse de magnétite, et peut également apparaître suite à l'altération de la nontronite (voir plus loin)."

 

Lien : https://www.nirgal.net/geologie.html

 

Après pour clarifier les choses, nous ne cherchons pas tout de suite à établir une industrie lourde mais essayé d'établir des processus possible à très petite échelle. De plus, quelque chose de très chère à faire sur Terre pourra être quelque chose d’envisageable dans des conditions Martiennes. 

[Cedrick]

il y a 9 minutes, Florent D a dit :

 

Après pour clarifier les choses, nous ne cherchons pas tout de suite à établir une industrie lourde mais essayé d'établir des processus possible à très petite échelle. De plus, quelque chose de très chère à faire sur Terre pourra être quelque chose d’envisageable dans des conditions Martiennes. 

 

C'est exactement comme cela que l'on procède sur Terre, mais rien que pour monter une usine pilote en laboratoire, c'est déjà le domaine de centres de recherches très pointus.

Difficile à mettre en place sur une paillasse de lycée.

 

J'ai ajouté des éléments dans mon message précédent.

[Florent D]

Effectivement, nous ne sommes pas un centre de recherches mais nous avons accès à du matériel plus ou moins pointu pour réaliser ce matériel.

 

Voici ce que nous souhaiterions faire théoriquement : 

"Une métallurgie martienne à base d’acier , suppose la mise en place de moyens conséquents ; certes les minerais sont présents, mais pour l’élaboration des aciers, des installations travaillant à haute température sont requises. 

La matière première est particulièrement abondante et facile à collecter, principalement sous forme d’hématite (Fe2O3). Il s’agit ensuite de réduire l’oxyde pour obtenir du fer ; traditionnellement, cela se fait dans un haut-fourneau, qui exige une alimentation en coke (du carbone presque pur), en oxygène (air) et une température de 1200°C. Sur Mars, on ne dispose pas directement de carbone ; par contre on obtient du monoxyde de carbone, CO, comme sous-produit de la décomposition thermique du gaz carbonique atmosphérique (une des deux sources d’oxygène avec l’électrolyse de l’eau). Or le CO est l’agent efficace de la réduction du fer. La réaction étant légèrement exothermique, il sera possible de faire fonctionner un « haut-fourneau » au CO sans dépenser beaucoup d’énergie, à condition de le porter d’abord à température suffisante (700°C ou, mieux, 900°C).

On obtiendra ainsi de la fonte. Pour obtenir de l’acier, il faut encore doser la teneur du carbone au pourcentage requis, tout en « brûlant » les impuretés puis, éventuellement, allier le métal à d’autres métaux (aluminium, chrome, manganèse, silicium, titane, vanadium…). Mais disposer de ces aciers plus résistants ou inoxydables n’est a priori pas une nécessité sur Mars, où les poids sont divisés par 3 et l’atmosphère privée des agents oxydants traditionnels sur Terre (eau, oxygène). Pour ce faire, sur Terre, la fonte sortant du « haut-fourneau » est acheminée dans une station d’affinage où elle est soumise à un flux d’oxygène permettant de brûler le carbone en excès et les impuretés résiduelles, à une température de 1200°C ; puis les additifs métalliques éventuels sont ajoutés. Sur Mars, il se pourrait qu’on puisse effectuer les deux opérations successivement dans la même enceinte, en y injectant d’abord du monoxyde de carbone, puis, en tant que besoin, de l’oxygène.

A condition d’être porté à une température de 1000 à 1200°C, l’acier peut être filé, ce qui peut être intéressant pour réaliser les cornières porte vitrage. Il y a tout intérêt à procéder à cette mise en forme directement en sortie du traitement d’affinage, pour éviter d’avoir un cyle de refroidissement – chauffage supplémentaire."

 

Mais cela est l'étape suivante de notre projet...

[1GM]

A mon avis c'est la composition 'standard' du régolite Martien... ( il doit bien y avoir des variations comme sur Terre, suffit de trouver le bon endroit et il y as une mine de Fer, à un autre du cuivre, à un autre du titane... mais pour cela il faut être la bas de manière permanente et avoir moyen de s'y déplacer. )

 

 

Le problème ( de mon point de vue en tant qu'amateur... les pros ont déjà répondu ) que vous essayez de résoudre c'est pas tellement d'arriver à faire quelque chose de ce régolite ( on peut en faire des briques sans traitement, on peut s'en servir pour protéger une structure gonflable ), mais de le traiter de manière à pouvoir produire des matières commerciales...

Avant de faire du commerce sur Mars il faut déjà arriver à y aller et à s'établir de manière permanente... Donc résoudre le problème de l'habitat, de la production/recyclage d'oxygène, d'eau et de nourriture, pour l'aluminium, le fer, l'acier, le titane et autres on verra après.

 

 

[zunyite]

pour le publique le mieux est d'en resté sur le tableau présenté !!! rien n'est prêt ni  même un semblant de départ de solution !!!.

            on dirai un peu les alchimistes du moyen âge....y a qu'à partir du mercure liquide et de la pierre philosophale pour synthetiser tout ce qu'on veut !!!!

  Si on reprend au départ : atmosphere differente , matiere premières differentes ( pas ou peu de carbonates ) , sources d'énergie différentes  etc... et encore sans grandes bases solides pour ce que l'on sait de la géologie de mars !! Il faut donc reprendre tout à zéro y compris les process industriels et personne ne l'a fait de façon avancée par manque de structures, de moyens et de matière première pour faire les essais (une composition chimique n'avance pas à grand chose tant que l'on a pas les structures mineralogiques , les volumes disponibles , les moyens d'extraction etc. etc. )

   A ma connaissance un des projets les plus avancé (arrêté par faute de moyens) est la "métallurgie" (au sens large) à partir d'un four solaire (four solaire d'odeillo)  mais , à part , obtenir des materiaux tres purs , la technique par phase gazeuse n'a pas avancé (tres compliqué à mettre en oeuvre) 

     conclusion : rien à presenter et c'est pas demain la veille !

[mr42]

Démarche sympathique mais bien mal engagée !

Pourquoi se focaliser sur le haut-fourneau ?

Ce qui fait fonctionner un haut-fourneau, c’est la gravité. Sur Mars, elle est 3 fois plus faible que sur Terre. Le mot « haut » de haut-fourneau n’est pas là pour rien : les hauts-fourneaux modernes mesurent facilement 50 m de haut alors, sur Mars, je n’ose pas imaginer la bête…

Ensuite, avec un minerai aussi riche en silice, il faudra rajouter une bonne dose de calcaire ou au moins d’une roche riche en calcium.

Il vaudrait mieux envisager une réduction directe au four à arc.

Essayez de contacter le centre de recherche d’ArcelorMittal à Maizières-lès-Metz (l’ancien IRSID) ils seront certainement mieux placés pour vous conseiller.

[Florent D]

Justement, la réduction direct est notre piste principale et j'ai déjà contacter ArcelorMittal qui sont prêt à nous aider sur ce coup.

 

mr42, pourrais-tu préciser cette histoire de calcaire pour "lutter" contre la silice, je suis très intéressé ?

[Scandium]

bonjour,

 

je suis un petit peu effaré par la question et par les réponses, meme si elles ne sont pas toutes, et de loin incorrectes. Je suis dans les mines depuis près de 40 ans et mon metier c'est de trouver des gisements exploitables, or la vous prenez un matériaux courant sur mars, comme sur tout

corps rocheux de l'univers, vous avez une analyse chimique, que vous pensez (à juste titre)  bien réalisée et representative de la nature de votre matériau et vous vous dites "tiens ! je vais en extraire tous les éléments,  sans eau (parce que j'en ai pas), avec pas d'énergie (parce que ça coute trop cher) et à un coût prohibitif (parce que le CNES va payer, et que le contribuable français n'y verra rien!), tout ça pour fabriquer des métaux qu'il sera de toute façon plus économique de fabriquer sur terre (et de les envoyer  sur mars pour pas cher via le BFR de  Space X) avec une bien meilleure qualité, parce que ,ici, bien controlée, (et pas sur Mars)

 

alors reprenons les termes de votre analyse :

SiO2 :	43,52%
Al2O3 :	8,64%
Fe2O3 :	18,28%
MgO :	6,54%
CaO :	6,09%
Na2O :	2,57%
K2O :	0,35%
TiO2 :	0,78%
P2O5 :	0,79%
MnO :	0,32%
SO3 :	6,42%
Cr2O3 :	0,37%

 

la silice : teneur plutôt faible pour faire un verre, avec une telle teneur en ferraille (FeO + Mg0) je vois pas l'interêt

 

l'alumine : pour faire de l'aluminium, il faut au moins 50% Al203, vous en etes trop loin : oubliez !!

Fer : n'imaginez meme pas, le plus mauvais des gisement titre au moins 45% FeO + Fe2O3  : il vaut mieux chercher les météorites ferreuses qui doivent couvrir le sol martien, elles titrent au moins 60% FeO et il y en a surement partout

Manganèse : pareil : tant que vous n'avez pas 45%  ca ne veut rien dire

les autres elements : oubliez! ....

SO3 : y a pas pire....

Calcium : pas terrible pour en faire un calcaire donc des briques !!  je dirais meme nul

 

plutôt que de vouloir extraire des métaux de n'importe quoi  (deja impossible a réaliser sur Terre) , voyez plutôt ce que vous pouvez faire avec les matériaux martiens et commencez a explorer la géologie de Mars (ou de la Lune ou de Io, ou de n'importe quel astéroïde qui orbite entre Ultima Thulé et Mercure)

 

cherchez ce qui est riche en un metal ou éléments  (ou plusieurs) et voyez si on peut extraire ce metal

 

pour ce qui est de votre regolite :  qu'est ce que on peut en faire : 

- le cuire pour en faire du verre : oui avec un bon four a charbon (ou a bois si vous avez des forêts a proximité - rappelez moi quand le dernier arbre a brulé sur mars?), un four electrique serait pas mal aussi, (des que les fleuves martiens seront équipés de centrales hydrauliques.....) ou votre base équipée d'une centrale nucléaire...

- le broyer finement et en faire des briques : c'est pas cher et ça peut rapporter gros, d'autant plus qu'avec une imprimante 3D on devrait pouvoir contribuer a faire de jolies maisons martiennes,( oui je sais une imprimante 3D peut être facilement transportée dans le BFR) et il y a de l'eau sur Mars, maintenant on le sait, donc on a tous les ingredients, et si on en manque, il suffit de faire ce qui a poussé tous les humains de la Terre a remplir notre planète :CHERCHER !!

- faire de l'agriculture avec le regolite : oui, si le sol est chimiquement fertile : ça ca serait un bon sujet d'etude, imaginez vous seul sur mars en train de cultiver vos patates avec comme seul engrais la merde de vos astronautes (oui je sais ça a déjà été imaginé et on en a fait tout un film!).

 

plus simplement, si vous voulez utilisez les produits de Mars de manière réaliste : revenez sur Terre (ou plutôt, revenez sur Mars! ) et faites simple et efficace avec les moyens du bord

 

je veux bien participer a votre projet, pour aboutir a quelque  chose qui tienne la route et qui soit vraiment utile et utilisable

 

Merci

 

Scandium

 

 

 

 

[mr42]

Tout à fait d’accord avec les autres réponses, c’est un très mauvais minerai. Si on ne trouve pas nettement mieux, il vaut mieux renoncer.

L’intérêt du calcaire, pour faire simple :

On part d’un minerai qui est un mélange d’oxydes de divers métaux.

Le premier objectif est de réduire les oxydes de fer, c’est-à-dire extraire le métal de l’oxyde.

Ça tombe bien, les autres oxydes présents sont plus difficiles à réduire. On obtient donc du fer métallique ainsi que divers oxydes, ce qu’on appelle les scories ou le laitier dans le cas d’un haut-fourneau.

Les scories et le métal sont faciles à séparer à l’état liquide : les oxydes fondus se mélangent entre eux mais pas avec le fer métallique. Les scories et le métal se séparent par densité un peu comme l’huile et le vinaigre. Les scories surnagent au-dessus du métal fondu.

Si les scories sont trop riches en silice, il se forme des chaînes de silicates qui augmentent la viscosité et empêchent les scories de s’écouler (le phénomène est bien connu des volcanologues).

L’oxyde de calcium empêche ce phénomène et permet d’avoir un liquide plus fluide.

Il faut également veiller à garder une température de fusion pas trop élevée, ce qui ne peut être obtenu qu’en évitant de trop fortes teneurs aussi bien en calcium qu’en silicium.