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Le phosphore blanc
Le phosphore blanc est la forme solide élémentaire la plus dangereuse. Très réactif et extrêmement toxique, l`exposition à cette substance peut causer des brulures, des nausées, des crampes, de la somnolence et mener à la mort. [3]
Toutefois, sa réaction rapide avec l`oxygène fait en sorte que le phosphore blanc est presque immédiatement transformé en produits moins nocifs. Dans l`eau, les réactions sont moins rapides et il peut y avoir de l`accumulation dans les aquatiques comme dans les sols.
Le phosphore rouge
Le phosphore rouge est la transformation du phosphore blanc chauffé à des températures modérées (200°C-300°C). Cette forme non toxique et relativement stable dans l`air est couramment utilisée comme amorce pour les allumettes ou encore en pyrotechnie.
Le phosphore noir
Le phosphore noir est la forme la plus stable. Elle se présente quant à lui sous deux formes : cristalline et amorphe.
N.B: Dans l`environnement, on retrouve généralement le phosphore sous forme de phosphate, un type de phosphore noir.
ROLES DU PHOSPHORE
Le phosphore est indispensable à la vie végétale, surtout en début de végétation et dans les organes jeunes.
Élément constitutif des tissus, il joue aussi un rôle important dans la synthèse et le métabolisme des glucides et se concentre dans les organes reproducteurs. Il alimente les plantes sous forme d`ions phosphates.
En plus de tout cela, il renforce la résistance des plantes et contribue au développement de la racine.
En agriculture, la croissance des cultures dépend de la teneur en phosphore des sols. Il est souvent considéré comme un facteur déterminant pour le rendement en agriculture, ce qui signifie que même si toutes les autres conditions et les différents nutriments sont réunis, c’est le phosphore qui régit le taux de croissance. (Cf. photo 1).
ORIGINE DE L’APATITE
Elle est ubiquiste, c`est-à-dire présente dans presque tout genre de roches : ignées, plutoniques, sédimentaires, métamorphiques, hydrothermale, pneumatolytique notamment dans certaines pegmatites et marbres où les cristaux peuvent atteindre de grandes dimensions. Se trouvant en général à Madagascar, Canada, Espagne, République Tchèque, en Russie, Norvège, Brésil, Inde, Espagne, Afrique du sud etc.
COULEUR DE L’APATITE
L`apatite a plusieurs couleurs : incolore, blanc, jaune voir jaune foncé, vert pomme, vert claire a vert foncé, bleu claire a bleu foncé, bleu-mauve, violet a magenta foncé, parfois magenta, rose, parfois astérisme ou chatoyante. Les couleurs bleu néons, vert néon et bleu roi semblent pouvoir être obtenues par un traitement thermique mais semblent également être possible à l`état naturel
COMPOSITION ET STRUCTURE DES APATITES
La formule chimique générale des apatites est : Me10(XO4)6Y2. Elles cristallisent dans le système hexagonal (groupe spatial : P63/m).
Me représente un cation généralement bivalent (Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+, …) pouvant être remplacé par des cations monovalents (Na+, Rb+, Cs+, K+…) ; des cations trivalents (RE3+ (terres rares), Al3+ ; An3+ (actinides)…) et des cations tétravalents (U4+, Pu4+, Th4+, …).
XO4 est un tétraèdre anionique souvent trivalent tel que PO4 3-, AsO4 3-, VO4 3-pouvantêtre substitué par un groupement tétravalent (SiO4 4-, GeO4 4-…) voir bivalent (SO4 2-, CO32-, HPO4 2-…).
Y représente un anion souvent monovalent (F-, OH-, Cl-…) et parfois bivalent (O2-, CO3 2-…). Des lacunes peuvent également être localisées sur le site d’occupation de l’anion Y.
Ces différentes substitutions sont souvent couplées pour conserver l’électro neutralité de la structure apatitique. Elles peuvent entraîner une variation des paramètres de maille car les ions substitués sont rarement de taille identique.
GISEMENT DU PAYS
On la rencontre très fréquemment dans les chaînes Anosyennes, en relation avec la monazite [6] parle de véritables « Schlieren phosphatés ».
Dans la région de TRANOMARO, on la trouve localement en association avec la thorianite et la phlogopite dans les cheminées pegmatitiques (ANKOLITRAZO – MAROSOMY etc.). On peut la trouver seule en grosse cristallisation dans des formations de plagioclasites à pyroxène (lit de la BETROKA à l’est du VOHIPALY, au nord d’AMBATOMIKA, où elle est très fortement radioactive). À l’ouest du massif volcanique de l’ANDROY, elle est très abondante dans la région d’AMPANDANDRAVA – BERAKETA. Elle y donne avec la monazite de fortes et nombreuses anomalies de radioactivité et a pu être décelée en prospection autoportée. Il semble qu’elle soit liée à des pegmatites.
Contexte économique [8]
Plusieurs pays exploitent déjà l’apatite à des fins économiques, jusqu’ici celle-ci reste sous exploiter dans notre pays.
L`entreprise « Niaina » appartenant à Rakotoniaina Jean Valentin, se spécialise dans l`extraction d`apatite. Cette entreprise sort de sa carrière environ 10 tonnes d`apatite par mois. Selon les explications du PDG, ces produits sont exportés vers l`Inde et l`Afrique du sud. Suivant toujours les dire de ce dernier, c`est l`apatite d` Isoanala qui est le plus demandé à l`extérieur. Étant reconnue mondialement, le PDG Rakotoniaina Jean Valentin, a fait remarquer que c`est la meilleure qualité dans le monde. [8]
Engrais organo-minéraux
Ces engrais résultent bien évidemment du mélange d`engrais organiques et minéraux. Les matières organiques azotées représentent en général 25 à 50% des produits finis. Les autres constituants du fertilisants, sels simples et minéraux, apportant N, P, K, sous des formes appropriées, sont dilues dans les matériaux organiques.
Remarque : la matière organique présente dans certains engrais liquides n`est plus stables une fois celui-ci dilue : elle entre décomposition sous l`effet des bactéries et la prolifération de celle-ci bouche les canalisations et orifices de sortie. Il n`y a que les engrais minéraux (en incluant les chélates pour les oligo-éléments) qui peuvent être utilisés dans ce cas et autres systèmes apparentés.
Engrais minéraux
Les engrais issus de fabrication industrielle sont appelés les engrais minéraux. Comme son nom l`indique, c`est une substance a bases de minéraux, produites par les industries chimiques ou par exploitation des gisements naturels de phosphates et de potasse.
On distingue trois (3) types d`engrais minéraux : engrais simples (ne renfermant qu`un seul élément nutritif) ; engrais binaires (deux éléments) ; engrais ternaires (trois éléments). La nomination de ces engrais est normalisée, par la référence à leurs trois composants principaux : NPK.
Les engrais simples : ce sont des molécules chimiques bien définie qui ne sont formés que d`un seul élément nutritif. Ils peuvent être azotés, phosphatés ou potassiques.
Les engrais binaires : ils sont notés NP ou PK ou NK.
Les engrais ternaires : ils sont notés NPK.
N.B : ces lettres sont généralement suivies de chiffres, représentant la proportion respective de ces éléments.
ROLES DES ENGRAIS
Les engrais servent à apporter des éléments de base NPK, des éléments secondaires (calcium Ca, magnésium Mg, soufre S), et les des oligo-éléments tel que le fer, le manganèse, le molybdène, le cuivre, etc.
Dans le cas des engrais phosphates, le rôle de l`acide phosphorique, qui est du phosphore oxydé, est considérable en agriculture, mais ses effets sont relativement lents et ils ne frappent pas la vue du praticien comme ceux de l`azote nitrique.
Remarque : Habituellement, ces éléments secondaires se trouvent dans le sol. Toutefois, uniquement en cas de carence, les engrais sont là pour les ajoutés. Les plantes ont besoin de quantité relativement importante des éléments principaux. L`azote est le plus important d`entre eux, et le plus controverse à cause de phénomène de lessivage, lié à la forte solubilité dans l`eau des nitrates.
TYPES DE SOLS FAVORABLES A L`ENGRAIS PHOSPHATES
Pour avoir une bonne production et une fertilité favorable des sols. Il faut bien savoir dans quel cas utilisés les engrais. Les engrais superphosphates simples sont plus favorables à des sols acides c`est-à-dire de pH < 7. Tandis que les engrais superphosphates triples sont utilisés pour tous types de sols.
AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES ENGRAIS
Pour savoir quel engrais utilisé, il faut bien savoir ses atouts ainsi que ses défauts, afin d`éviter les mauvaises surprises. Le tableau ci-contre montre les avantages et les inconvénients de quelques-unes d`entre elles.
Des molécules chimiques résultant de la réaction de deux produits contenant chacun un élément nutritif. Tel le cas des phosphates avec l`ammoniac pour donner des phosphates d`ammonium (ex : DAP).
Résultat de mélanges chimiques de plusieurs produits pour donner un engrais a granules qui contiennent la même proportion des éléments nutritifs et on parle alors de complexe. C`est le cas du 14-28-14 C qui est le résultat du mélange du superphosphate, de l`ammoniac et du chlorure de potassium.
Par le biais de mélanges physique d`engrais binaires ou simples. Ceci permet de mettre au point la formule souhaitée pour une culture et un sol donnés. Cependant, les mélanges ne sont pas toujours possibles du fait que les engrais utilisés pour faire ces mélanges doivent être chimiquement et physiquement compatibles. Du point de vu chimique, c`est pour qu`il n`y ait pas de perte de gaz ou de diminution de la disponibilité des éléments nutritifs ou de prise en masse dues aux réactions chimiques entre les mélanges. Tandis que physiquement parlant, les granules des engrais mélangés doivent être de taille similaires afin d`éviter une ségrégation entre les particules durant le transport et l`épandage. Il en est de même pour la densité des particules (ex : le mélange de l`urée avec certains engrais peut créer des problèmes d`hétérogénéité lors de l`application à cause du poids faible de ces particules, comparées aux autres engrais).
Fabrication des engrais potassiques
La matière première de base est un minéral extrait de divers gisements potassiques dans le monde. La fabrication du chlorure de potassium (KCl) consiste à le séparer des autres sels par le procédé thermique et le procédé de flottation par exemple.
Le procédé thermique étant un procédé qui s’appuie sur la différence de solubilité entre le chlorure de potassium, plus soluble à chaud qu’à froid, et chlorure de sodium dont la solubilité ne varie pas. Tandis que le procédé de flottation consiste à l’intronisation d’un réactif se fixant seulement sur les cristaux de chlorure de potassium qui, pris dans un souffle d’air, flottent à la surface. Le chlorure de potassium dose 60% de K2O.
L’attaque du chlorure de potassium par l’acide sulfurique permet de fabrique du Sulfate de potassium (K2SO4) fertilisant utilise pour les cultures exigeantes en soufre ou sensibles en chlore (Cl-). Le sulfate de potassium dose 50% de K2O.
Fabrication des engrais azoté
Les engrais minéraux azotés sont pour plupart des produits à partir de l’Ammoniac (NH3) obtenu par synthèse de l’azote de l’air (N) et de l’hydrogène (H) du gaz naturel.
L’une des filières de production consiste à oxyder l’ammoniac par combustion puis à absorber dans l’eau de dioxyde d’azote forme pour obtenir l’Acide nitrique (HNO3).
La réaction directe entre ammoniac et l’acide nitrique, conduit au nitrate d’ammonium (NH4NO3) qui après granulation addition d’une matière de charge – pour stabilise le produit et le rendre moins hygroscopique – permet de fabrique les Ammonitratres. Ce sont les fertilisant minérales azoté les plus utilise en France.
Le nitrate d’ammonium est également une matière première pour d’autres fertilisants azotés simples et pour les fertilisants minéraux composés.
L’autre filière de production consiste à faire la synthèse de l’ammoniac et du dioxyde de carbone (CO2) issu de la fabrication de l’ammoniac pour obtenir de l’Urée CO(NH2)2, fertilisant minérale le plus fortement dosé en azote (46%).
Fabrication des engrais phosphatés
La matière première de base fertilisants minéraux phosphates est le phosphate naturel de calcium extrait de gisement dont les plus importants sont situés à Maroc, aux USA, en Russie, au Moyen-Orient…
Engrais SSP : Une seconde matière première est le Soufre utilise pour la fabrication d’acide sulfurique qui permet de rendre le phosphore plus soluble. L’un des procédés de fabrication des fertilisants minéraux phosphate consiste :
À fabriquer d’abord l’Acide sulfurique (H2SO4) par combustion du soufre et absorption du trioxyde de soufre (SO3) forme. Puis à mélanger l’acide et le phosphate naturel finement broyé pour obtenir le Superphosphate simple il dose de 18 à 25% de P2O5.
Engrais TSP : Un autre procédé consiste :
À fabriquer de l’Acide phosphorique (H3PO4) par attaque du phosphate naturel pour l’acide sulfurique concentré, avec élimination du Sulfate de calcium (phosphogypse). Puis à faire réagir l’acide phosphorique sur le phosphate naturel pour obtenir le Superphosphate triple (TSP) : il dose de 38 à 45 % de P2O5.
ANALYSE GRANULOMETRIQUE
L’analyse granulométrique permet de déterminer et d’observer les divers diamètres de grains qui constituent un granulat. Pour cela l’analyse consiste à séparer et classer à l’aide de tamis ces grains selon leur diamètre. Les grains ainsi isolés peuvent être pesés pour déterminer la proportion de chacun dans le granulat.
La représentation graphique de l’analyse permet d’observer et d’exploiter ces informations très simplement.
Les manipulations et les conditions de manipulations sont décrites par la norme NF P 18-560. Elle concerne les granulats d’un diamètre supérieur à 100 micromètres (0.001 mm).
Le refus désigne la partie des grains retenue dans un tamis. Le refus cumulé représente tous les grains bloqués jusqu’au tamis considérer (les grains du tamis considérer plus les grains bloquées dans les tamis de mailles supérieures).
Le tamisât ou passant désigne la partie qui traverse le tamis.
La masse cumulée des différents refus sont exprimées en pourcentage par rapport à la masse initiale de l’échantillon de granulat. Les pourcentages ainsi obtenus sont exploitées soit numériquement soit graphiquement. Cela permet d’observer la proportion de refus cumule ou de tamisât jusqu’à un diamètre de grain par rapport au granulat.
INTERPRETATION DU RESULTAT DE LA SPECTROMETRIE
Dans le premier tube ou l’en a fait un essai à blanc, on a pu constater que si on le prend comme (référence) zéro on obtient une concentration de 0.0007mg/l de phosphore. Tandis que dans le deuxième tube dont on a fait un mélange homogène de 2ml de phosphore assimilable, de 1ml de Cl stanneux de 5ml d’eau distille et de 2ml de molybdate d’ammonium on a eu la concentration de 0.1592mg/l. (cf. tableau n 4). À partir de ces donnes on a pu déterminer le pourcentage de phosphore assimilable à l’apatite.
REACTION CHIMIQUE
L’apatite ou la roche phosphate Ca10F2(PO4)6 est solubilisée par action de l’acide sulfurique H2SO4 ou de l’acide phosphorique H3PO4 pour produire respectivement du simple superphosphate (SSP) ou du triple superphosphate (TSP) :
Ca10F2(PO4)6 + 7H2SO4 + 6,5 H2O → 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4.O +2HF.
Ca10 F2 (PO4)6 + 14H3PO4 + 10H2O → 10Ca (H2PO4)2.H2O + 2HF.
PROCESSUS HUMIDE
La réaction chimique suivante est appelée processus humide. Pour former l’acide phosphorique, l’apatite est attaquée par l’acide sulfurique dans un rapport stoechiométrique différent que celui utilisé pour produire le SSP, en donnant comme sous-produit le phosphogypse (CaSO4.2H2O) et de l’acide fluorhydrique (HF) : Ca10 F2 (PO4)6 + 10H2SO4 + 20H2O → 6H3PO4 + 10 (CaSO4.2H2O) + 2HF.
MODE OPERATOIRE
Prenons 2g de PN finement broyé (0,08mm), 14ml de H3PO4 ou H2SO4, selon le superphosphate que l`on veut obtenir, 5ml d`eau déminéralisée ou distillée. La réaction entre le PN et les H3PO4 ou H2SO4 dure entre 20 mn et 1h.
Puis, on observe la formation de l`acide fort HF et le TSP ou SSP.
Les gaz fluorés sont captés et HF éliminé par lavage à l`eau lors de l`opération au laboratoire.
COMPARAISON DES COUTS DE PRODUCTIONS
Madagascar n’a aucun équipement pour la production d’engrais, aussi l’investissement en capital et en personnel de gestion pour une petite usine n’est pas profitable. Il vaut mieux louer les services d’une usine exploitant la dolomie à Antsirabe pour broyer et mettre en sac le PN.
Par conséquent, pour le cas de Guanomad par exemple, le coût de production inclura l’exploitation des PN d’île d’Andrano, le transport par barge de débarquement (bateau atterrissant directement sur la plage) au port de Morondava, le transport de retour du sol à Andrano, le transport par camion de Morondava à Antsirabe, et les broyage et ensachage à l’usine.
Le coût estimé départ usine est de 102 dollars EU par tonne (0,51 dollar EU par kg de P2O5) par rapport à 418 dollars EU par tonne (0,92 dollar EU par kg de P2O5) pour le TSP. Ces données mettent en exergue la rentabilité du PN local d’Andrano par rapport à l’engrais phosphaté hydrosoluble importé.
On suppose que la rentabilité du PN local d`Agnalamary est presque similaire à cela. Puisqu` à l`échelle industriel, on estime que la fabrication nécessite la production d`acide phosphorique en consomme 350 kg de H3PO4 (comptés en P2O5) et 400 kg de phosphate naturel pour une tonne de superphosphate.
Pour les SSP, il faut 18 à 25 % de P2O5. Pour le TSP, il dose de 38 à 45% de P2O5. Or le prix sur le marché de l`apatite est de 400 Ar/g. (voir tableau)
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Table des matières
PARTIE I .ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I LE PHOSPHORE
I.1 INTRODUCTION
I.2 DEFINITION
I.3 ORIGINE
I.4 CYCLE DU PHOSPHORE [2]
I.5 LES DIFFERENTS TYPES DE PHOSPHORE
I.5.1 Le phosphore blanc
I.5.2 Le phosphore rouge
I.5.3 Le phosphore noir
I.6 ROLES DU PHOSPHORE
I.7 USAGE DU PHOSPHORE
Chapitre II GENERALITES SUR L`APATITE
II.1 DEFINITION
II.2 LES DIFFERENTES TYPES D`APATITE
II.3 ORIGINE DE L’APATITE
II.4 COULEUR DE L’APATITE
II.5 COMPOSITION ET STRUCTURE DES APATITES
II.6 PROPRIETES
II.7 UTILISATION
II.8 LES PRINCIPAUX PRODUCTEURS D`APATITE DANS LE MONDE [5]
II.9 GISEMENT DU PAYS
II.10 CARACTÉRISATION DE LA MATIÈRE
II.10.1 Localisation géographique
II.10.2 Caractérisation géologique [7]
II.10.3 Contexte économique [8]
Chapitre III LES ENGRAIS
III.1 HISTORIQUE
III.2 DEFINITION
III.3 LES DIFFERENTS TYPES D`ENGRAIS
III.3.1 Engrais organiques
III.3.2 Engrais organo-minéraux
III.3.3 Engrais minéraux
III.4 ROLES DES ENGRAIS
III.5 TYPES DE SOLS FAVORABLES A L`ENGRAIS PHOSPHATES
III.6 AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES ENGRAIS
III.7 FABRICATION D`ENGRAIS
III.7.1 Fabrication des engrais potassiques
III.7.2 Fabrication des engrais azoté
III.7.3 Fabrication des engrais phosphatés
PARTIE II ETUDES EXPERIMENTALES
Chapitre IV TRAITEMENT DE L`ECHANTILLON
IV.1 BROYAGE
IV.2 TAMISAGE
IV.3 ANALYSE GRANULOMETRIQUE
Chapitre V DETERMINATION DU PHOSPHORE
V.1 PREPARATION DES ECHANTILLONS
V.2 PRINCIPE
V.3 MODE OPERATOIRE
V.4 RESULTAT
V.5 ANALYSE SPECTROMETRIQUE
V.5.1 MODE OPERATOIRE
V.5.2 INTERPRETATION DU RESULTAT DE LA SPECTROMETRIE
V.6 TAUX DE PHOSPHATES
V.6.1 COMPARAISON DES ENGRAIS PHOSPHATES
V.6.2 OBTENTION DE L’ENGRAIS PHOSPHATE
V.6.3 DEDUCTION
Chapitre VI FABRICATION DES ENGRAIS PHOSPHATES
VI.1 MODE OPERATOIRE
VI.2 REACTION CHIMIQUE
VI.2.1 PROCESSUS HUMIDE
VI.2.2 MODE OPERATOIRE
VI.2.3 DOSAGE
Chapitre VII COMPARAISON DES COUTS DE PRODUCTIONS
CONCLUSION
REFERENCES WEBOGRAPHIES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE
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