L’hydrométallurgie du zinc

Principe de l’hydrométallurgie du zinc Décomposée en 3 étapes successives : - la lixiviation - la purification - l'électrolyse ZnO + 2 H+  H2O + Zn2+ anode cathode + 2 e- 2 H+ + ½ O2 + 2 e- Zn Jean-Louis Vignes – 2007

choix de la solution lixiviante La lixiviation choix de la solution lixiviante - oxydes basiques acide - quel acide choisir ? non oxydant HCl, H2SO4 - non gênant pour l'électrolyse finale H2SO4 - bon marché - de plus production interne lors du grillage Jean-Louis Vignes – 2007

- réalisée avec H2SO4 2 mol.L-1, vers 60°C 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

pH de début de précipitation de divers hydroxydes 2ème purification : élimination de Fe hydroxydes pH Sb (III) < 0 Sn (II) 2 Fe (III) 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

Zn2+ Mg2+ Mn2+ Cu2+ Cd2+ Co2+ Ni2+ 150 g.L-1 5 à 15 2 à 10 0,1 à 1 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+ Cu2+ Cd2+ Co2+ Ni2+ 150 g.L-1 5 à 15 2 à 10 0,1 à 1 0,1 à 0,5 1 à 20 mg.L-1 Jean-Louis Vignes – 2007

3ème et dernière purification cémentation E°(V) Zn2+ Zn H+ H2 Cu2+ Cu Mn2+ Mn Cd2+ Cd Co2+ Co Ni2+ Ni 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 - 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 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 e- E°(V) H+ H2 Pb2+ Pb cathode en Al anode en Pb PbSO4 Al Pb Al2O3 Pb2+ + SO42- Zn Zn2+ H+ Jean-Louis Vignes – 2007

courbes intensité - potentiel 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 % sur Zn H2 H+ sur Pb - 0,90 - 0,76 1,23 I VENH (V) H2O O2 ired iox UAC – R.I 1,85 hH2 hO2 Zn Zn2+ obtention de Zn possible grâce à la surtension de H2 sur la cathode Jean-Louis Vignes – 2007

Hall d'électrolyse de l'usine Umicore de Balen (Belgique) 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