Ocre jaune et ses utilisations
Y (en)l’ocre ellow (limonite) est un minerai de fer naturel dont les utilisations dépassent les pigments, y compris dans la catalyse, la synthèse des nanoparticules, l’assainissement du sol et plus encore. African Pegmatite est l’un des principaux fournisseurs, meuniers et transformateurs de minéraux limonites pour un grand nombre d’utilisations industrielles.
Introduction
L’ocre jaune est une forme hydratée d’hydroxyde d’oxyde de fer, FeO (OH). n H2O, communément appelé limonite. C’est l’un des trois minerais principaux de fer, à côté de l’hématite et de la magnétite, et se trouve naturellement à travers le monde. Son utilisation principale au fil du temps a été comme colorant, en raison de la couleur jaune vif, il est souvent présenté avec, avec certains rapports indiquant son utilisation comme colorant en Afrique remonte à près de 300.000 ans. En tant que produit commercial, il s’est fait connaître après que Jean-Atelier Astier a développé un procédé pour l’extraire à l’échelle des falaises rouges et jaunes aux couleurs vives de Provence à la fin du XVIIIe siècle, et est devenu le pigment de choix pour les peintures et colorants jaunes, rouges et oranges.
L’ocre peut être trouvé dans plusieurs couleurs; l’ocre rouge est le produit d’un oxyde de fer anhydre, tandis que la couleur jaune est transmise à partir d’hydroxyde d’oxyde de fer hydraté. Les mélanges de ferreux et de fer fer ferreux produiront un ocre brun. Dans l’ensemble, la coloration est due à la présence d’oxydes de fer. La limonite elle-même est formée à partir de l’hydratation par l’oxydation des autres minerais de fer, magnétite et hématite. En outre, il peut être formé à partir de processus d’altilation sur d’autres minéraux riches en fer. Lorsqu’on le trouve dans un dépôt, la limonite est un solide amorphe, apparaissant dans des tons de jaune ou de brun, avec un niveau de dureté modéré de 4 - 5,5 sur l’échelle de Mohs(1). Lorsqu’il est extrait, il peut être brisé en éclats, ou broyé à une poudre pour une utilisation. L’ocre jaune n’est pas toxique.
Au fil du temps, l’ocre/limonite jaune a trouvé des utilisations dans les adhésifs primitifs(2) dans les premiers outils manuels, dans les œuvres d’art religieuses et la protection solaire - bien que ce dernier ait été déplacé par des méthodes basées sur la titanie.
À l’époque contemporaine, l’ocre reste un matériau important. Il est encore utilisé comme colorant, mais a trouvé d’autres applications telles que dans la catalyse, comme un additif de ciment et dans la synthèse des nanoparticules de fer. Ceci s’ajoute à son utilisation comme minerai de fer; la limonite peut contenir jusqu’à 59,8 fer(3). Bien que cette valeur ne soit pas aussi élevée que la magnétite ou, en particulier, l’hématite(4), elle reste un minerai viable du métal très important sur le plan économique.
Les termes ocre jaune et limonite seront utilisés de façon interchangeable tout au long de cet article.
Ocre jaune fourni par Pegmatite africain
L’ocre jaune fourni par pegmatite africaine contient de l’oxyde de fer (iii) (27,0 %), de l’alumine (14,0 %) et silice (47.0%) par masse, l’équilibre étant des oligo-éléments. Le fraisage standard est à une taille de particule où 90% sont plus petits que 75 μm et le séchage est à un maximum de 3% d’eau par masse.
Colorants et pigments
L’utilisation la plus omniprésente de l’ocre est comme un pigment. Sa coloration jaune lustrée est hautement souhaitable. Des études sur des peintures anciennes et des revêtements muraux suggèrent que l’ocre jaune a été utilisé à la fois dans la Rome antique(5) et en Egypte(6), bien qu’en Afrique du Sud, les dessins abstraits faits avec de l’ocre ont été datés jusqu’à 75.000 ans. En tant que pigment dans les peintures modernes, il est responsable des teintes terreuses et jaunes(7). Il a été utilisé comme colorant stable à long terme pour les voiles, les fibres naturelles et est même efficace sur les fibres synthétiques polyacrylonitrile(8).
Perminéralisation
La perminéralisation est le processus par lequel les dépôts minéraux recueillent et forment des moulages internes d’organismes, comme méthode de fossilisation. La limonite est l’un des principaux minéraux trouvés dans les organismes fossilisés(9) et il a été noté que lorsqu’un organisme a été fossilisé avec de la limonite, il est souvent mieux conservé que d’autres méthodes(10).
Matériaux pour l’environnement bâti
L’une des plus anciennes utilisations de l’ocre est
comme pigment
dans les ciments/rendus, expliquant en partie les maisons richement colorées dans certaines parties de l’Amérique latine et autour du bassin méditerranéen. Dans de nombreux cas, l’ocre n’a été utilisé que comme colorant(11), mais il y a eu des utilisations documentées de celui-ci où il fournit plus d’un rôle structurel en conjonction avec d’autres composés.
Ciments et bétons
En tant que pigment dans les ciments, l’ocre est responsable d’une forte coloration jaune et a été signalé pour être très stable à long terme(11). Cette « efficacité chromatique » a fait ses preuves au fil des ans. Il a été noté qu’en général, les bétons pigmentés et les ciments ont des propriétés mécaniques inférieures à celle des bétons conventionnels - mais pas suffisamment pour les empêcher d’être utilisés comme bétons structurels(12).
Une proposition intéressante pour l’ocre était l’utilisation comme composant dans le ciment de radiateur(13). C’est-à-dire un ciment de réglage rapide qui forme un joint autour d’un tuyau contenant du liquide. Outre la gélatine et le plâtre de Paris, le ciment proposé utilisait l’ocre comme l’un de ses plus grands ingrédients co-égaux, fournissant un joint fixant à faible coût qui résiste à l’eau, y compris à des températures élevées. En tant que composant du béton, À côté de l’ilménite, la limonite dans le cadre de l’agrégat s’est avérée être un béton résistant à la chaleur très performant, avec des applications, y compris dans les réacteurs nucléaires à petite et grande échelle, où le béton ilménite-limonite s’est avéré être fortement atténué contre les rayons gamma primaire et secondaire et les neutrons lents en mouvement (14,15), cet effet de protection contre les radiations est principalement dû à la teneur en fer de la dalle de béton accordée par le limon.
Dans le cadre du criblage des radiations des réacteurs, une règle générale semble être que plus la teneur en fer (c.-à-d. par l’inclusion de limonite dans le mélange de béton) dans le béton est grande, plus la valeur tvl est élevée(16). Le TVL est la «dixième couche de valeur» se référant à la quantité moyenne de matériau de blindage (béton dopé limonite) est nécessaire pour réduire le rayonnement expulsé à 10% de son intensité initiale. TVL peut être considéré comme une mesure de la qualité d’un matériau à contenir le rayonnement nucléaire. Avec l’isolation en béton du réacteur contenant de la limonite, plus le déploiement du béton est épais, meilleur est le confinement du rayonnement(17).
En outre, en termes de béton plus conventionnel, des granulats riches contenant de l’ocre ont été utilisés dans la production de béton en Asie du Sud-Est jusqu’à 30 % de l’agrégat total, produisant un béton aussi solide que le béton ordinaire(18).
Sols laïctiques
Dans certaines parties du monde, le sol est décrit comme latéral. Cela signifie qu’ils sont en grande partie à base d’argile, et sont poreux. Souvent, ceux-ci contiennent également de grandes quantités d’ocre. Des briques rudimentaires ont été fabriquées à partir de ces sols latértiques et ont représenté de nombreuses structures précoces, en particulier en Inde. Développer sur cette idée, et appliquer des méthodes de construction modernes, une brique de béton faite maintenant en utilisant le sol latéral local nécessite 50 moins de ciment comme un semblable serait dans un climat tempéré(17). En outre, les ocres peuvent être utilisés comme composants dans la construction d’autoroutes, fournissant l’infrastructure à un taux économiquement attrayant(18).
Assainissement du sol et de l’eau
De nombreux matériaux contenant du fer peuvent être utilisés dans une capacité d’assainissement - en éliminant généralement les contaminants indésirables ou les polluants des cours d’eau ou du sol. Le chrome(vi) est un polluant toxique et l’état d’oxydation le plus élevé du métal chrome - même une exposition modeste est suffisante pour causer des problèmes de santé. L’élimination du chrome hexavalent des sols et de l’approvisionnement en eau est cruciale si jamais il pénètre dans l’approvisionnement - et peut être réalisé à l’aide de limonite. La limonite combine la réduction (au chrome(iii) du chrome(vi), le chrome(iii) n’est pas un problème aussi important) et la sorption pour l’enlever. Dans une solution aqueuse légèrement acide, la limonite a pu enlever 55% ±1% de Cr(VI) utilisant la limonite traitée à 0.15 à 0.075 mm (100 à 200 maille)(21). Le seul obstacle est venu après des périodes beaucoup plus longues où l’exposition constante a causé des changements de morphologie à la limonite - donc des réductions de la sorption et l’efficacité de réduction.
catalyse
La catalyse de fer est, elle-même, un champ vaste et varié. Certaines des principales préoccupations des catalyseurs conventionnels sont qu’ils peuvent être coûteux à produire ou manquer de stabilité à long terme.
L’ocre/limonite a le potentiel
de surmonter ces problèmes. Dans certains cas, la limonite peut même être sacrificielle, étant convertie facilement en d’autres composés tels que les nanoparticules.
Pour la synthèse des nanoparticules de fer
Les nanoparticules de fer ont été utilisées pour une myriade de tâches au cours des deux dernières décennies, avec des applications à travers le spectre catalytique, ils sont prisés pour leur surface de surface à rapport volume. Les nanoparticules de fer ont été synthétisées directement à partir de limonite(22), et ont été montrées comme efficaces pour l’élimination du chrome hexavalent toxique des flux de déchets. La limonite peut être une source peu coûteuse d’oxyde de fer de haute pureté à partir de laquelle fabriquer des nanoparticules de fer - comparables à la magnétite ou à l’hématite dans de nombreuses situations.
La limonite peut être réduite et formée en nanoparticules de fer zéro valent (ZVNP) par un processus relativement simple, et ces ZVNP ont trouvé des applications dans la purification de l’eau et dans les voies industrielles de traitement des déchets telles que l’enlèvement dupara-nitrophenol(23). Dès 1972, les PNV ont été utilisés dans les pesticides et les composés chlorés dans les médias aqueux(24).
Processus de décomposition et de réforme
Limonite/ocre jaune, comme mentionné, est une source utile de fer et peut être utilisé comme catalyseur pour plusieurs processus de décomposition/réforme. Ceux-ci prennent généralement des matières toxiques ou autrement des déchets et les convertissent en quelque chose d’utile ou plus facile à manipuler. Par exemple, il a été signalé que lorsque les composés organiques volatils provenant de procédés de biomasse sont passés au-dessus d’un lit de limonite à des températures relativement basses sont réformés en un gaz riche en hydrogène (semblable au gaz de synthèse); cette approche fonctionne également avec les résidus de tarry gazifiés laissés dans les procédés de biomasse, et on prétend qu’elle est aussi efficace qu’un catalyseur commercial d’oxyde de nickel-aluminium. L’avantage ici est clair, l’utilisation d’un catalyseur non toxique et bon marché est avantageuse au-dessus d’un toxique et cher(25).
Les procédés de gazéification emploient souvent toute une série de catalyseurs pour l’élimination de divers composés du gaz brut. L’ammoniac est un contaminant que l’on peut trouver dans le cadre du gaz mixte résultant de la gazéification de la biomasse et la recherche a montré qu’il est amovible par l’utilisation de limonite(26). Limonite résiste à l’empoisonnement par le soufre qui est la chute de nombreux autres catalyseurs utilisés pour l’élimination de l’ammoniac, cependant, la limonite nécessite des températures élevées pour y parvenir. La conversion pratiquement complète par la limonite de NH3 à N2 a été rapportée. La gazéification catalysée par la limonite de biomasse hautement ligneuse est très réussie, le biogaz riche en hydrogène étant produit à un taux 25 % plus élevé qu’avec un catalyseur d’olivine(27) lorsqu’il est utilisé dans une configuration fluidisée de réacteur à lit. Les gaz contenantdu haut-H 2 s’apparentent beaucoup plus au gaz de synthèse et ouvrent donc une plus grande marge de manœuvre pour que le gaz produit soit utilisé pour la synthèse chimique plutôt que d’être simplement brûlé comme combustible.
Dans un processus semblable à la gazéification, le charbon peut être converti en hydrocarbures liquides par le biais d’un procédé connu sous le nom de liquéfaction directe du charbon. Particulièrement utile pour les charbons de moindre qualité, la technique fournit des combustibles et des matières premières viables pour d’autres procédés chimiques et industriels. Un tel catalyseur pour la liquéfaction directe du charbon est la limonite. La recherche montre que la limonite à faible teneur en hématite est un catalyseur supérieur pour la conversion, avec des gains d’efficacité de conversion optimaux observés lorsque la limonite portant un rapport eau-fer de 0,60 a été utilisée(28).
S’appuyant sur les réactions classiques de type pétrochimique avec les hydrocarbures tarry, la limonite a été utilisée pour catalyser la fissuration des gaz d’échappement de la pyrolyse du charbon de mauvaise qualité à basse température. Dans cette réaction, la fissuration favorise les petits hydrocarbures aromatiques qui sont synthétiquement utiles comme matières premières(29). L’ocre à haute teneur ɑ-FeOOH exploité par l’Australie a été utilisé pour le nettoyage du verre chaud. Le ɑ-FeOOH est placé dans une atmosphère réducteuse à 500 °C et il a été démontré qu’il élimine la pyridine d’un flux de gaz et la convertit en gaz azoté bénin supérieur à un taux de conversion de 80 %(30). Particulièrement impressionnant est que la conversion a également bien fonctionné à la même température, mais sans l’atmosphère de réduction.
Lorsqu’il est utilisé comme support pour d’autres catalyseurs, la limonite s’est avérée utile dans la décomposition du disulfide de carbone, un gaz qui, par des réactions dans l’atmosphère est l’une des principales causes de pluies acides. La combinaison de limonite et d’un catalyseur BiVO4 a effectivement éliminé le disulfide à des températures modérées(31). Le traitement thermique de l’ocre le convertit de la limonite à l’hématite, qui peut être utilisé pour la fissuration catalytique thermique du toluène en petits hydrocarbures, au-delà de 90% d’efficacité(32). Il a été noté qu’une telle activité ne pouvait pas être réalisée à partir de l’hématite seule comme extrait. Comme mentionné précédemment, la limonite/ocre n’est pas considérée comme la «meilleure» source de fer, et par l’ocre de torréfaction alkali suivi d’un traitement hydrothermal, il peut être converti en un matériau plus élevé contenantfe 2O3,qui a une application plus large(33).
S’orientant vers des applications de type biologique, il a été démontré que la limonite est catalytiquement active pour l’hydrolyse des peptides de microcystine, surpassant ses autres pairs minéraux(34), en raison d’un caractère acide très Lewis à sa surface. Avec cette connaissance, des aperçus peuvent être attirés dans la pourriture naturelle et la décomposition des microcystines.
Ocre jaune rôti
En plus de nombreuses utilisations sous forme non asséchée, l’ocre jaune rôti peut produire des ocres rouges, des umbres brûlés et des sienne - qui ont tous leurs propres utilisations étendues. Grâce à une technique de chauffage simple, tout ce qui précède peut être produit - avec un chauffage plus long et plus fort résultant en une coloration plus profonde et plus foncée. La majorité de leurs utilisations sont comme pigments pour les ciments, la céramique et les peintures. Une torréfaction intensive peut entraîner la déshydroxylation du minéral limonite(35), ce qui permet un matériau plus poreux, qui peut être utile dans des procédés tels que la métallisation.
Résumé
- L’ocre jaune/limonite est un minerai de fer avec une coloration jaune lustrée
- Il a été utilisé pendant des milliers d’années comme un colorant / pigment - applications dans lesquelles il est encore utilisé
- Dans l’environnement bâti, l’ocre a été utilisé dans les ciments et les bétons pour des applications structurelles et décoratives
- Son utilisation dans la catalyse est remarquable, fournissant des catalyseurs résilients et peu coûteux pour divers processus industriels tels que la décomposition des contaminants, l’élimination de l’ammoniac et la liquéfaction du charbon et comme source de qualité de fer pour la fabrication de nanoparticules de fer
African Pegmatite est l’un des principaux mineurs, transformateurs et fournisseurs d’ocre jaune de qualité supérieure (limonite) pour toute exigence, moulue à n’importe quelle spécification. Combinant une large portée, une longue expérience et les bonnes connaissances, l’African Pegmatite est le partenaire industriel privilégié pour l’ensemble des besoins en minéraux.
Références:
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