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L’hydrométallurgie du zinc

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L’hydrométallurgie du zinc

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  1. L’hydrométallurgie du zinc

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

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

  4. 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

  5. 2ème purification : élimination de Fe 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

  6. 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

  7. 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 Jean-Louis Vignes – 2007

  8. E°(V) Cu2+ Cu H+ H2 Ni2+ Ni Co2+ Co Cd2+ Cd Zn2+ Zn Mn2+ Mn 3ème et dernière purification cémentation • 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

  9. Purifications résumées sur un diagramme potentiel - pH Concentrations maximales admissibles avant électrolyse Jean-Louis Vignes – 2007

  10. E°(V) PbSO4 Al2O3 H+ H2 Pb2+ Pb Al l'électrolyse à la cathode à l'anode Zn2+ + 2 e- Zn H2O  2 H+ + ½ O2 + 2 e- cathode en Al anode en Pb Pb Pb2+ + SO42- Zn Zn2+ H+ Jean-Louis Vignes – 2007

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

  12. 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