Transcript Le grillage des concentrés de zinc

Le grillage des concentrés de zinc
Lors de la concentration les sulfures restent sous forme de sulfures
Le soufre est un poison pour les métaux
il doit être éliminé avant les opérations métallurgiques
si S > ~ 50 ppm
~ 300°C
métal
Le soufre ségrège aux joints de grains les fragilisant et entraînant
des ruptures intergranulaires
Jean-Louis Vignes – 2007
Autres difficultés liés à la présence du soufre
- en pyrométallurgie : SO2 se forme en présence de CO2
Ces 2 gaz étant acides il est difficile d’éliminer l’un sans l’autre
- en hydrométallurgie :
ZnS + 2 H+  H2S + Zn2+
ZnS + 2 H+ + ½ O2  Zn2+ + H2O + S
Zn2+
ZnS
ZnS
S
H+
Soit formation de sulfure d’hydrogène toxique
Soit dépôt de soufre bloquant la poursuite de la dissolution
Jean-Louis Vignes – 2007
Composition d’un concentré : ZnS, FeS2, PbS, CuFeS2, HgS, CdS…
Principale réaction de grillage :
ZnS + 3/2 O2  ZnO + SO2
DrH° = - 460 kJ.mol-1
Autres réactions
ZnS + 2 O2  ZnSO4
ZnO + 2 FeS + 7/2 O2  ZnFe2O4 + 2 SO2
Après grillage on obtient la calcine de composition : ZnO, ZnSO4, Fe2O3, ZnFe2O4, PbO, CuO…
Le grillage produit du dioxyde de soufre qui doit être récupéré.
Pour cette raison les métallurgistes sont aussi producteurs d'acide sulfurique
Jean-Louis Vignes – 2007
Retour sur les autres réactions
ZnS + 2 O2  ZnSO4
Réaction favorisée par des basses températures
ZnO + 2 FeS + 7/2 O2  ZnFe2O4 + 2 SO2
Formation de ferrite favorisée par de hautes températures
Les conditions de grillage sont fonction du procédé métallurgique
Jean-Louis Vignes – 2007
Le grillage pour pyrométallurgie
La pyrométallurgie est réalisée dans un four
minerai
Il faut viser la résistance mécanique
et la porosité de la charge
ce qui est réalisé par un
frittage partiel
qui nécessite un travail à haute température
gaz réducteur
Jean-Louis Vignes – 2007
Le grillage pour pyrométallurgie
ZnSs
- Il faut travailler à haute température :
- favorise le frittage
- favorise la formation de ferrite
- décompose le sulfate de zinc
- Mais les produits liquides gênent le grillage
- tfusion PbS = 1100°C
SO2
ZnOs
dZnS=4,10 dZnO= 5,61
apparition porosité
ZnSs
ZnOs
- Et la réaction de grillage est fortement
exothermique
O2
SO2
O2
si PbSliq
fermeture porosité
- Le grillage est réalisé vers 1000°C avec contrôle de l'élévation de température
Jean-Louis Vignes – 2007
Le grillage pour pyrométallurgie
Machine à agglomérer Dwight et Lloyd
Jean-Louis Vignes – 2007
Le grillage pour hydrométallurgie
L'hydrométallurgie est effectuée en solution après dissolution
Il faut privilégier la vitesse de dissolution
donc maintenir la finesse des particules
en évitant le frittage
Cela implique un travail à basse température
Jean-Louis Vignes – 2007
Le grillage pour hydrométallurgie
- Il faut travailler à basse température :
- maintient la finesse initiale du concentré
- favorise la formation de sulfate
- défavorise la formation de ferrite
- Mais la réaction de grillage est fortement exothermique
- Procédé utilisé pour éviter le frittage : la fluidisation
- Le grillage est réalisé vers 900°C
Jean-Louis Vignes – 2007
Le grillage pour hydrométallurgie
grillage en lit fluidisé
four de la société Outukumpu
Jean-Louis Vignes – 2007
Nature des composés présents après grillage
Principalement des oxydes
Pour Zn, exemple de répartition dans une calcine obtenue en lit fluidisé :
- oxyde : 82,6 %
- sulfate : 5,8 %
- sulfure : 1,1 %
- ferrite : 10,5 %
Hg et Se, volatils sont éliminés
Jean-Louis Vignes – 2007