Lhydromtallurgie du zinc Principe de lhydromtallurgie du zinc

L’hydrométallurgie du zinc

Principe de l’hydrométallurgie du zinc Décomposée en 3 étapes successives : - la lixiviation - la purification Zn. O + 2 H+ H 2 O + Zn 2+ - l'électrolyse anode 2 H+ + ½ O 2 + 2 e - cathode + 2 e- Zn Jean-Louis Vignes – 2007

La lixiviation choix de la solution lixiviante - oxydes basiques acide - quel acide choisir ? - non oxydant - non gênant pour l'électrolyse finale HCl, H 2 SO 4 - bon marché - de plus production interne lors du grillage Jean-Louis Vignes – 2007

La lixiviation - réalisée avec H 2 SO 4 2 mol. L-1, vers 60°C - lors de la lixiviation réalisation d’une 1ère purification avec élimination des composés insolubles : Au, Ag, Pb. SO 4, Si. O 2 - dissolution de la ferrite : emploi de H 2 SO 4 concentré à 95°C Jean-Louis Vignes – 2007

2ème purification : élimination de Fe hydroxydes p. H Sb (III) <0 Sn (II) 2 Fe (III) 2 In (III) 3, 6 Al (III) 4, 0 Cu (II) 5, 2 Zn (II) 6, 5 Fe (II) 7, 0 Ni (II) 7 Co (II) 7, 5 Cd (II) 8 Mn (II) 8, 5 p. H de début de précipitation de divers hydroxydes pour 1 mol. L-1 de Mz+ p. H = 14 – 1/zp. Ks – 1/z log[Mz+] - oxydation de Fe (II) en Fe (III) - augmentation du p. H à 5 - comment procéder sans ajouter de nouvelles impuretés ? - ajout de calcine : Zn. O + H+ Jean-Louis Vignes – 2007

2ème purification : élimination de Fe problème de la floculation de l'"hydroxyde" de fer (III) - l'"hydroxyde" de fer (III) reste en suspension stable - difficile à éliminer par décantation ou filtration - changement de la nature du précipité : procédé "à la jarosite" 6 Fe 3+ + 4 SO 42 - + 2 NH 4+ + 6 H 2 O Fe 6(OH)12(SO 4)4(NH 4)2 + 12 H+ la jarosite est le témoin de la présence d'eau sur Mars Jean-Louis Vignes – 2007

2ème purification : élimination de Fe - Élimination de : Fe, Al, Ga, In, Sb, Sn, As, Ge et Cu partiellement - Composition de la solution après la 2ème purification Zn 2+ Mg 2+ Mn 2+ 150 g. L-1 5 à 15 g. L-1 2 à 10 g. L-1 Cu 2+ Cd 2+ Co 2+ Ni 2+ 0, 1 à 1 0, 1 à 0, 5 1 à 20 g. L-1 mg. L-1 2 à 10 mg. L-1 Jean-Louis Vignes – 2007

3ème et dernière purification cémentation - Comment réduire Cu 2+, Ni 2+, Co 2+, Cd 2+ sans apporter de nouvelles impuretés ? - à l'aide de Zn - c'est une réaction liquide-solide qui impose une grande surface de réaction - poudre fine de Zn : 30 mm E°(V) Cu 2+ H+ Cu H 2 Ni 2+ Co 2+ Ni Co Cd 2+ Cd Zn 2+ Zn Mn 2+ Mn - obtention d'un cément traité par ailleurs Jean-Louis Vignes – 2007

Purifications résumées sur un diagramme potentiel - p. H Concentrations maximales admissibles avant électrolyse Impuretés Teneur maximale (mg. L-1) Ge 0, 001 Sb 0, 1 Ni 0, 2 Co 0, 2 Cd 2 Fe 10 Jean-Louis Vignes – 2007

l'électrolyse à la cathode à l'anode Zn 2+ + 2 e- Zn H 2 O 2 H+ + ½ O 2 + 2 e. E°(V) cathode en Al anode en Pb Pb. SO 4 Al 2 O 3 H+ Al Zn Pb 2+ Zn 2+ H 2 Pb Pb 2+ + SO 42 Pb H+ Jean-Louis Vignes – 2007

l'électrolyse courbes intensité - potentiel - tension : 3, 2 à 3, 7 V - densité de courant : 400 à 700 A. m-2 - obtention Zn à 99, 995 % I sur Pb h. H 2 h. O 2 iox - 0, 90 - 0, 76 H 2 ired H+ Zn H 2 O UAC – R. I 1, 23 1, 85 O 2 VENH (V) Zn 2+ sur Zn obtention de Zn possible grâce à la surtension de H 2 sur la cathode Jean-Louis Vignes – 2007

l'électrolyse Hall d'électrolyse de l'usine Umicore de Balen (Belgique) - 140 cellules avec par cellule : - 96 cathodes - 97 anodes - surface électrodes : 3, 2 m 2 - durée de dépôt : 40 h - production : 740 t/jour Jean-Louis Vignes – 2007