Le TRONA ou la soude naturelle du Wyoming
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© Pictures : MJX, except contrary indication.
Localisation.
Le Wyoming est un Etat peu peuplé du centre des USA. Capitale : Cheyenne. Il est très connu pour son célèbre parc national de Yellowstone, avec ses geysers et ses bisons.
Dans la partie sud-ouest du Wyoming, près des Etats du Colorado et de l'Utah, le long de la Highway 80, entre Little America et Greenriver (15000 habitants) se trouve le gisement de trona le plus important du monde (zone rouge de la photo satellite).
Les grandes sociétés chimiques américaines s'y sont implantées comme Texas Gulf, Stauffer, Allied, FMC,...
A l'heure actuelle, suite à des fusions de sociétés et à la venue d'Européens, on y trouve les 5 plus grands producteurs de carbonate de soude du monde :
(SOLVAY MINERALS, OCI Chemical , FMC, TG Soda Ash , GENERAL Chemical).
Minéralogie.
Le trona est un minéral rare.
Combinaison de carbonate de sodium, de bicarbonate de sodium et d'eau.
Formule chimique : Na3H(CO3)2.2H2O : (Na20 : 41 % , CO2 : 39 % , H2O : 20 %)
Sa principale caractéristique est qu'il est très soluble dans l'eau et qu'il bouillonne dans les acides pour dégager du CO2.
Dureté : 2.5
Densité : 2.17
Couleur : grise, brun jaunâtre, blanche ; Translucide ; Trace : blanche
Eclat : vitreux
Légèrement fluorescent
Système cristallin : monoclinique ;
Clivage : parfait selon 100
Cassure : inégale à semiconchoïdale
Morphologie : cristaux en forme de tablettes prismatiques (rares), agrégats fibreux et compacts, croûtes cristallines
Autre propriétés caractéristiques : goût alcalin (comme du savon)
On le trouve surtout sous forme de masse solide amorphe de couleur brun gris, parfois cristallisé, parfois en masse fibreuse, veinée.
Le minéral extrait de la mine se décompose rapidement à l'air humide. Il se couvre d'une poudre blanche de carbonate de sodium multihydraté. C'est pourquoi il faut protégé les échantillons avec une couche de résine.
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Trona (coll MJX) |
Trona zoné (coll MJX) |
Shortite (coll MJX) |
Géologie
La formation du gisement de trona de Greenriver est le résultat de cycles d'évaporation répétée et rapide d'un ancien lac, le lac Gosiute pendant toute la période éocène, il y a 50 à 60 millions d'années.
Le lac original contenait de l'eau douce avec une flore et une faune abondante.
Cette région est d'ailleurs bien connue dans le monde entier pour ces magnifiques poissons fossiles, notamment les Knightia, une espèce de hareng.
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Knightia eocena (coll MJX) |
Quand le climat de la région passa de très humide à très sec, le lac Gosiute s'évapora et le fond du lac devint une boue très riche en déchets organiques, en fossiles animaux et végétaux. Il constitue maintenant le fond du gisement.
A ce moment le lac était entouré de montagnes et de volcans. Il était alimenté en permanence par des sources très alcalines et très riches en carbonates.
Comme le climat était très chaud, l'eau s'évaporait rapidement et laissait une saumure qui précipitait en carbonate et bicarbonate de sodium, en trona .
Le climat continua à varier de très humide à très sec pendant environ 2 millions d'années.
Pendant les période humide, une grande quantité de boue venait recouvrir la couche de trona précipitée et la protégeait d'une dissolution ultérieure.
C'est ceci qui est à l'origine des lits distincts de trona, de sédiments riches en matières organiques, de marnes et de grès.
Le gisement couvre une surface d'environ 3400 km2 (partie rouge de la carte).
Il contient au moins 42 bancs de trona entre 120 et 1100 mètres de profondeur.
Les bancs sont presque horizontaux, moins de 1° de déclivité, pas de failles, ce qui facilite l'exploitation.
Les bancs de trona de plus de 1.2 m d'épaisseur et de plus de 260 km2, c'est à dire ceux qui sont jugés exploitables sont les N° 1 à 25.
Certains ont parfois jusqu'à 11 m d'épaisseur et couvrent jusqu'à 2250 km2.
La réserve est estimée à environ 60 milliards de tonnes de trona exploitable.
Les bancs sont souvent extrêmement purs ( plus de 90 % )
Aujourd'hui, seuls les bancs 17 et 25 sont exploités, à environ 500 m de profondeur.
Par ordre d'abondance (1 : le plus abondant), les autres minéraux décelés dans le gisement sont :
CARBONATES :
Aragonite 5
Barytocalcite 3
Burbankite 5
Calcite 1
Dawsonite 4
Dolomite 1
Eitelite 7
Ewaldite 7
Gaylussite 3
Magnesite 6
McKelveyite 7
Nahcolite 4
Natron 6
Norsethite 5
Pirssonite 4
Shortite 1
Siderite 6
Strontianite 5
Thermonatrite 6
Trona *
Wegscheiderite 5
Witherite 5 |
CARBONATES avec autres ANIONS :
Bradleyite 5
Burkeite 7
Northupite ferreux 6
Northupite 4
Tychite 7 |
ELEMENTS :
Soufre 5 |
HALIDES :
Cryolite 6
Fluorine 6
Halite 4
Neighborite 5 |
HYDROCARBURES 7
(Gilsonite, uintahite, utahite, tabbyite, ozokerite, ingramite, aIbertite, etc.) |
HYDROXYDE
Nordstrandite 7 |
OXYDES
Anatase 7
Chalcedoine 1
Quartz 1 |
PHOSPHATES
Collophanite 3
Fluorapatite 6 |
SILICATES
Acmite 5
Albite 2
Analcite (analcime) 2
Biotite 7
Chlorite 6 |
Mineraux argileux:
Illite 1
Kaolinite 4
Montmorillonite 4
Clinoptilolite-mordenite 6
Elpidite 7
Garrelsite 5
Harmotome-wellsite 6
Hydrobiotite 7
Labuntsovite 5
Lazurite 7
Leucosphenite 5
Loughlinite 4
Natrolite 6
Natron-catapelite 7
Nontronite 7
Orthoclase 2
Reedmergnerite 5
Riebeckite (magnesio-) 5
Searlesite 4
Sepiolite 5
Stevensite 6
Talc 6
Vinogradovite 7 |
SULFATES
Barite 6
Celestite 7
Gypsum 6
Siderotile 6 |
SULFURES
Marcassite 6
Pyrite 2
Pyrrhotite 4
Wurtzite 5 |
Exploitation.
Le gisement a été découvert en 1938 lors d'un forage pour la recherche de pétrole et a commencé à être exploité par FMC en 1949.
Le terrain appartient à l'Etat fédéral, à l'Etat du Wyoming et à la compagnie de chemin de fer Union Pacific. Il est loué sous forme de concession minière par carré d'un mile sur un mile.
On voit ici, la partie nord du gisement.La partie centrale grise est concédée. La partie jaune est celle de Solvay. La partie verte est celle que Solvay exploite réellement.
La mine de Solvay a été acquise pour 500 millions USD en 92. Elle avait été ouverte en 1981 par TMC.
Solvay Minerals exploite la portion ne contenant pas de sel NaCl du banc 17, à une profondeur d'environ 500 m. Ce banc a une épaisseur de 4 m et est de très grande pureté (93 à 95 %). Les réserves sont estimées à plus de 50 ans. Mais d'autres bancs pourraient aussi être exploités.
 
ref(1)
Solvay Minerals utilise la méthode d'exploitation dites des chambres et piliers.
De longs tunnels horizontaux et droits sont creusés parallèlement et perpendiculairement les uns aux autres à une distance bien définies pour faire un maillage de galeries de 100 ft (30m) sur 125 ft (40m). Les piliers restants supportent le toit de la mine.
ref (1)
Les tunnels ont une forme ovale de 2.5 m de haut et de 4m de large. Il y a à peu près 1500 km de galeries dans la mine. On s'y déplace en voiture.
Le laser est utilisé pour vérifier l'alignement des tunnels.
Solvay utilise 2 tunneliers pour extraire le minerai. Un seul homme conduit la machine.
Les poussières ne sont pas irritantes comme peuvent l'être les poussières de charbon. Elles sont d'abord blanches et surtout solubles dans l'eau et non acides.
réf (2)
La tête de la machine est munies de dents qui sont remplacées environ une fois par jour.
On voit très bien les traces de la foreuse sur le front de taille.
Des machines forent et insèrent à intervalles réguliers de longues barres métalliques striées (1m) recouvertes de colle epoxy dans le toit de la mine pour le renforcer et empêcher les éboulements. On peut y trouver quelques fossiles de végétaux.
Une fois le minerai arraché, il est transporté par des navettes vers des convoyeurs à bandes et des silos souterrains.De ces silos, le minerai est remonté à la surface par un ascenseur d'une capacité de 20t. Les équipements primaires d'exploitation sont électriques.
réf (2)
L'accès au banc 17 se fait par deux puits verticaux chemisés de béton.
Un puits de 5.5 m de diamètre est utilisé pour l'entrée d'air frais, chauffé en hiver. La sortie par un puits de 8m de diamètre.
600 personnes y travaillent dont 150 au fond de la mine.
Sa capacité est de 5 millions de tonnes de trona par an.
Les unités de surface comprennent :
La fabrication de la soude ( carbonate de sodium )avec le broyage du minerai, la calcination pour convertir le bicarbonate en carbonate, la dissolution dans l'eau, la décantation et filtration pour extraire les insolubles qui sont renvoyer soit sur des digues d'épandage ou au fond de la mine, purification sur charbon actif, évaporation de l'eau et cristallisation, et finalement dessiccation du carbonate hydraté en carbonate pur.
ref (2)
Ce procédé est bien entendu beaucoup moins coûteux que la fabrication artificielle de soude par le procédé Solvay à partir de sel NaCl et de carbonate de calcium.
Les autres productions sont : La soude caustique par réaction du carbonate avec de la chaux( NA2CO3 + CA(OH)2 ) , le sulfite de sodium ( NA2CO3 + ( S ---> SO2 ) , et l'emballage de TRONA tel quel.
90% de la production américaine de soude provient d'ailleurs de trona naturel. Ce dernier est à l'origine des industries chimiques basées sur la soude aux environs de Green River. Le Wyoming produit environ 30% de la consommation mondiale de soude.
Les usages du carbonate de soude sont bien connus : industrie du verre, métallurgie, industrie des savons.
En 1999, la production totale des mines de trona était de 17 millions de tonnes et occupait 3085 employés.
Pour sa part, Solvay Minerals produisait, en 1999, 3.4 millions de tonnes de trona et occupait 416 employés.
Références :
- (1) Natural Soda Ash - Occurences, Processing, and Use - Donald E. Garrett - Van Nostrand Reinhold
- (2) Solvay Live - magazine international de Solvay - Automne 1982
- (2) Solvay Minerals - A Company Profile
- (2) Solvay Live - magazine international de Solvay - Automne 1996
- La grande encyclopédie des minéraux - R. Dud'a et all. - Gründ 1987
Références Internet :
http://www.solvay.com/
http://www.solvaychemicals.us/...
http://www.solvaychemicals.us/...
http://en.wikipedia.org/wiki/Green_River,_Wyoming
Marc JAUNIAUX
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