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Lhydrométallurgie du zinc. Jean-Louis Vignes – 2007 Décomposée en 3 étapes successives : - la lixiviation - la purification - l'électrolyse Principe de.

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1 Lhydrométallurgie du zinc

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

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

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

5 Jean-Louis Vignes – ème purification : élimination de Fe hydroxydespH 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 M z+ - oxydation de Fe (II) en Fe (III) - augmentation du pH à 5 - comment procéder sans ajouter de nouvelles impuretés ? - ajout de calcine : ZnO + H + pH = 14 –1/zpK s – 1/z log[M z+ ]

6 Jean-Louis Vignes – ème 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" 6Fe SO NH H 2 O Fe 6 (OH) 12 (SO 4 ) 4 (NH 4 ) H + la jarosite est le témoin de la présence d'eau sur Mars

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

8 Jean-Louis Vignes – ème et dernière purification cémentation E°(V) Zn 2+ Zn H+H+ H2H2 Cu 2+ Cu Mn 2+ Mn Cd 2+ Cd Co 2+ Co Ni 2+ Ni - 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 m - obtention d'un cément traité par ailleurs

9 Jean-Louis Vignes – 2007 Purifications résumées sur un diagramme potentiel - pH Concentrations maximales admissibles avant électrolyse ImpuretésTeneur maximale (mg.L -1 ) Ge0,001 Sb0,1 Ni0,2 Co0,2 Cd2 Fe10

10 Jean-Louis Vignes – 2007 l'électrolyse à la cathodeà l'anode Zn e - ZnH 2 O 2 H + + ½ O e - anode en Pbcathode en Al Al Zn 2+ Zn Al 2 O 3 Pb E°(V) H+H+ H2H2 Pb 2+ Pb H+H+ Pb 2+ + SO 4 2- PbSO 4

11 Jean-Louis Vignes – 2007 l'électrolyse courbes intensité - potentiel obtention de Zn possible grâce à la surtension de H 2 sur la cathode sur Zn H2H2 H+H+ sur Pb - 0,90- 0,76 1,23 I V ENH (V) H2OH2OO2O2 i red i ox U AC – R.I 1,85 h H2 h O2 ZnZn 2+ - tension : 3,2 à 3,7 V - densité de courant : 400 à 700 A.m -2 - obtention Zn à 99,995 %

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


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