Transcript hydrometallurgie du zinc

L’hydrométallurgie du zinc
Principe de l’hydrométallurgie du zinc
Décomposée en 3 étapes successives :
- la lixiviation
- la purification
ZnO + 2 H+  H2O
+
Zn2+
- l'électrolyse
anode
2 H+ + ½ O2 + 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, H2SO4
H2SO4
- bon marché
- de plus production interne lors du grillage
Jean-Louis Vignes – 2007
La lixiviation
- réalisée avec H2SO4 2 mol.L-1, vers 60°C
- lors de la lixiviation réalisation d’une 1ère purification
avec élimination des composés insolubles : Au, Ag, PbSO4, SiO2
- dissolution de la ferrite : emploi de H2SO4 concentré à 95°C
Jean-Louis Vignes – 2007
2ème purification : élimination de Fe
hydroxydes
pH
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
pH de début de précipitation de divers hydroxydes
pour 1 mol.L-1 de Mz+
pH = 14 –1/zpKs – 1/z log[Mz+]
- oxydation de Fe (II) en Fe (III)
- augmentation du pH à 5
- comment procéder sans ajouter de nouvelles
impuretés ?
- ajout de calcine : ZnO + 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"
6Fe3+ + 4SO42- + 2NH4+ + 6H2O  Fe6(OH)12(SO4)4(NH4)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
Zn2+
Mg2+
Mn2+
150
g.L-1
5 à 15
g.L-1
2 à 10
g.L-1
Cu2+
Cd2+
Co2+
Ni2+
0,1 à 1 0,1 à 0,5 1 à 20
g.L-1
g.L-1
mg.L-1
2 à 10
mg.L-1
Jean-Louis Vignes – 2007
3ème et dernière purification
cémentation
E°(V)
- Comment réduire Cu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+ 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
Cu2+
H+
Cu
H2
Ni2+
Co2+
Ni
Co
Cd2+
Cd
Zn2+
Zn
Mn2+
Mn
- obtention d'un cément traité par ailleurs
Jean-Louis Vignes – 2007
Purifications résumées sur
un diagramme potentiel - pH
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
Zn2+ + 2 e-  Zn
H2O  2 H+ + ½ O2 + 2 eE°(V)
cathode en Al
anode en Pb
PbSO4
Al2O3
H+
Zn
Pb2+
Al
Zn2+
H2
Pb
Pb2+ + SO42Pb
H+
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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
hH2
hO2
iox
H2O
UAC – R.I
- 0,90- 0,76
H2
ired
H+
Zn
1,23
1,85
O2
VENH (V)
Zn2+
sur Zn sur Zn
obtention de Zn possible grâce à la surtension de H2 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 m2
- durée de dépôt : 40 h
- production : 740 t/jour
Jean-Louis Vignes – 2007