Etude par DRX, MEB/MSE et spectroscopie Raman

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1 Etude par DRX, MEB/MSE et spectroscopie Raman
Caractérisations minéralogique et cristallochimique d’argiles nickélifères Etude par DRX, MEB/MSE et spectroscopie Raman N.Maubec1, P.G.Blaineau1, A.Da Silva Alves1, C.Duée1, X.Bourrat1, G.Wille1, B.Orberger2,3, M.Le Guen2, A.Salaün2, C.Rodriguez2 1BRGM, 3 avenue Claude Guillemin, ORLEANS Cédex 2, France; 2ERAMET, 1 avenue Albert Einstein, TRAPPES, France; 3GEOPS – Université Paris sud, Bât.504, ORSAY Cédex, France module CONTEXTE Les minerais latéritiques font partie des principales sources en nickel dans le monde. Ils représentent 60 à 70% de la ressource totale en nickel et se trouvent principalement en Nouvelle Calédonie, République Dominicaine, Indonésie, Venezuela, Brésil ou encore en Australie. . Les minerais de nickel latéritiques sont issus de l’altération de roches ultramafiques qui ont conduit à un profil pédologique dans lequel se trouve un horizon saprolitique ou silicaté, riche en serpentine et garniérite, à l’interface avec des péridotites serpentinisées. La garniérite est un minerai riche en phyllosilicates nickélifères, où les teneurs en nickel peuvent atteindre 40% en masse (Soler et al., 2008). Elle est principalement constituée de serpentines, talc, chlorites, smectites et/ou de sépiolites (Gleeson et al., 2004). Ces minéraux forment des séries de solutions solides par substitution du magnésium par le nickel. Schéma d’un profil latéritique Latérite jaune Latérite rouge Ni ~ 0,8% 0,8% < Ni < 1,5% Saprolite Garniérite 1,8% < Ni < 3% Roche mère Ni ~ 0,3% Les principaux gisements de latérites nickélifères dans le monde (Berger et al., 2011) Objectif: 1. Caractériser une garniérite de Nouvelle Calédonie 2. Etudier l’effet de substitutions Ni/Mg sur la structure des minéraux argileux de la garniérite Analyses minéralogiques Analyses chimiques La garniérite étudiée dans ce travail est majoritairement constituée de serpentine. La serpentine se caractérise par un pic de diffraction d(001) situé vers 7,32 Å. En fonction des zones de prélèvements (grains foncés ou veines vertes), les diffractogrammes montrent de légères différences sur la position de certains pics, comme ceux correspondant aux réflexions (00l) et (060). Ces différences sont dues aux substitutions Ni/Mg en coordination octaédrique (Baron et Petit, 2016). Des analyses chimiques ponctuelles et des cartographies élémentaires ont été réalisées par microsonde électronique à balayage. Cartographie 1  Cohérence avec les résultats de DRX puisqu’on peut observer des silicates Mg (serpentine Mg) entourés par des veines très riches en Ni Cartographie 2  Nette observation de zonations chimiques dues aux substitutions Ni/Mg Si Fe Mg Ni Cartographie 1 (001) (020) (002) (200) (201) + (003) (060) Observation de 2 zones au MEB (images en électrons rétrodiffusés – BSE) et cartographies élémentaires obtenues par microsonde électronique à balayage SERPENTINE (Mg3-xNix)Si2O5(OH)4 Réflexions Distances (Å) Grains foncés Veines vertes 001 7,32 7,35 020 4,55 4,53 002 3,65 3,64 200 2,65 2,64 060 1,534 1,529 Si Fe Mg Ni Cartographie 2 Structure de la serpentine. La similarité entre les rayons ioniques de Mg2+ et Ni2+ indiquent que ces éléments peuvent facilement se substituer l’un à l’autre Diffractogrammes de rayons X de différentes zones de la garniérite et position des principaux pics de diffraction Lizardite Népouite Mg2+ (0,72Å) ↔ Ni2+ (0,69Å) Analyses spectroscopiques Des analyses par micro-spectrométrie Raman ont été réalisées sur des zones ou particules plus ou moins riches en Ni, allant de 1% à 94% de substitutions Ni ↔ Mg. 200 300 400 500 600 700 800 Raman shift (cm-1) 3500 3600 3700 3800 Ratio (%) 𝑵𝒊 𝑵𝒊+𝑴𝒈 94% 86% 77% 25% 18% 1% 232 392 694 212 366 681 3672 3650 O-H-O SiO4 Si-O-Si OH Ni Mg + Fe Si Serpentine Talc Les substitutions Ni ↔ Mg engendrent des différences (pour les échantillons ayant un % Ni > 77%, dans notre cas) sur la position de plusieurs bandes Raman. Elles concernent à la fois les tétraèdres de SiO4 et les liaisons mettant en jeu les groupements hydroxyles (selon les attributions de Petriglieri et al., 2015).  tétraèdres SiO4: shift vers des  plus faibles  modification de l’environnement des SiO4  hypothèse: longueurs Si-O (modifications des tétraèdres) plus importantes en présence de Ni Vibrations des OH: shift vers des  plus faibles en accord avec une masse de Ni plus importante que Mg (loi de Hooke:  = 1 2 𝑘  où k: constante de force et : masse réduite) Diagramme ternaire avec la position des 6 zones ou grains analysés par micro-spectrométrie Raman Conclusion La combinaison analytique a permis de caractériser une garniérite de Nouvelle Calédonie. Celle-ci est principalement constituée de serpentines où des substitutions du Mg par le Ni ont été mises en évidence. Ces substitutions, lorsqu’elles sont importantes, ont pour effet de modifier la structure cristallographique des serpentines, notamment l’environnement des SiO4 et les liaisons M-OH, où M=Mg ou Ni. Ces effets sont visibles par spectroscopie Raman par la variation de la position de plusieurs bandes de vibrations. Cette étude va se poursuivre par la caractérisation d’autre systèmes nickélifères, à base de minéraux argileux de type talc ou sépiolite, en provenance d’autres gisements (ex. République Dominicaine), de manière à pouvoir comparer l’influence des substitutions sur la structure d’autres minéraux argileux. Références Baron F., Petit S., (2016). American Mineralogist, 101, Berger V.I., Singer D.A., Bliss J.D., Moring B.C., (2011). U.S. Geological Survey Open-File Report Gleeson S.A., Herrington R.J., Durango J., Velasquez C.A., Koll G., (2004). Economic Geology, 99, Petriglieri J.R., Salvioli-Mariani E., Mantovani L., Tribaudino M., Lottici P.P., Laporte-Magoni C., Bersani D., (2015). Journal of Raman Spectroscopy, 46, Soler J.M., Cama J., Gali S., Melendez W., Ramirez A., Estanga J., (2008) Chemical Geology, 249, This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement No