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Hydrométallurgie Plan du cours 1. Définition du procédé 2. Préparation et condi

Hydrométallurgie Plan du cours 1. Définition du procédé 2. Préparation et conditionnement 3. Lixiviation 4. Purification et concentrations des solutions 5. Récupération des substances dissoutes 6. Applications Références • Hydrometallurgy: Principles and Application (Thomas Havlik) • Technique de l’ingénieur • Honorary Symposium on Hydrometallurgy, Electrometallurgy and Materials Characterization (2012) T.T. Chen • Les techniques de l’industrie minérale: hydrométallurgie V1,2 • Métallurgie:Du minerai au matériau • Les applications de l’électrochimie à l’hydrométallurgie Métallurgie extractive  Permet de transformer en métal les combinaisons chimiques stables thermodynamiquement à l’état naturel (oxydes, carbonates, chlorures, sulfures …)  Implique des opération de séparation, purification, concentration des minerais …  2 voies de production : extraction du métal à partir de solutions aqueuses par : • cémentation • précipitation • électrolyse métallurgie par voie humide Hydrométallurgie métallurgie par voie sèche Pyrométallurgie 2 voies de production Réduction d ’un oxyde ou d’un halogénure par : • C, CO, H2, • Mg, Ca, Al, ... + réduction en milieu fondu (électrolyse de l’alumine pour obtenir Al) Chapitre I: Définition du procédé • L' L'hydrométallurgie hydrométallurgie est une technique d'extraction des métaux qui est une technique d'extraction des métaux qui comporte une étape où le métal est solubilisé pour permettre sa comporte une étape où le métal est solubilisé pour permettre sa purification. purification. • C'est un procédé de traitement des métaux par voie liquide, d'où le C'est un procédé de traitement des métaux par voie liquide, d'où le nom d'hydrometallurgie. Elle consiste à mettre en solution les nom d'hydrometallurgie. Elle consiste à mettre en solution les différents métaux contenus dans un minerai ou un concentré afin de différents métaux contenus dans un minerai ou un concentré afin de les séparer pour les valoriser. les séparer pour les valoriser. • Un procédé Un procédé hydrométallurgique hydrométallurgique typique est composé des typique est composé des opérations suivantes : opérations suivantes : • Lixiviation ou dissolution : mise en solution des différents métaux Lixiviation ou dissolution : mise en solution des différents métaux • Purification : séparation des différents métaux entre eux Purification : séparation des différents métaux entre eux • Electrolyse : récupération du métal voulu sous forme métallique Electrolyse : récupération du métal voulu sous forme métallique Intérêt de l’hydrométallurgie Elle fournit, par exemple, plus de 90 % de la production mondiale de zinc primaire, 80 % de celle d’or, 20 % de celle de cuivre. Elle intervient également dans l’extraction de l’uranium et les métallurgies de l’aluminium, cadmium, cobalt, nickel, argent, tungstène, terres rares… • C’est également un procédé : ♦ appliqué à l’échelle industrielle : fin du XVIIIe siècle pour le cuivre, fin du XIXe siècle pour l’or, début du XXe siècle pour le zinc. ♦ Son développement est lié à celui de la chimie et à la découverte de ses lois qui utilise, en général, des solutions aqueuses, donc des températures proches de l’ambiante ♦ qui pollue peu l’atmosphère mais qui génère des effluents liquides qui faut traiter et stocker. 1. Prétraitement Cette opération consiste à conditionner le métal à extraire sous une forme plus facilement lixiviable. Divers types de traitement peuvent être effectués : Prétraitement Séparation physique Grillage Lavage Elimination de la gangue Obtention des oxydes plus solubles Elimination des sels solubles dans la solution de lixiviation Séparation physique Dès qu’un transport du minerai, d’un sol ou d’un déchet à traiter est nécessaire, deux séparations mécaniques sont tout d’abord réalisées afin de séparer les stériles des parties contenant le métal à extraire : — un tri grossier élimine les blocs stériles (gangue) ; — un concassage, un broyage par voie sèche ou humide et une séparation granulométrique par trommel (appareil de criblage), par tamis ou par classificateur hydraulique ou pneumatique permettent de constituer des fractions homogènes en séparant les fines des matières grossières exemptes de métal. Les fines peuvent se présenter sous forme pulvérulente ou sous forme de pâte. Par la suite, des opérations mettant en jeu les différences De propriétés physiques du métal et de la gangue sont employées. - La séparation par densité est réalisée en milieu fluide dans de l’eau, des liqueurs denses (enrichissement des minerais de manganèse) ou, éventuellement, dans un courant d’air. - La flottation, fondée sur la différence de mouillabilité des minéraux (différence de tension superficielle), est très Largement employée. La tension superficielle des solides par rapport à l’eau est modifiée par des agents mouillants, collecteurs… ajoutés à l’eau. • La séparation magnétique est fondée sur le fait que le champ d’un aimant permet de séparer les matériaux ferromagnétiques (Fe) ou ferrimagnétiques, des matériaux paramagnétiques (FeCO3…). La séparation électrostatique est fondée sur la différence de conductivité électrique des minéraux. • Décantation ou sédimentation C’est une séparation naturelle de particules solides, en suspension dans un liquide, qui s’effectue sous l’effet de la gravité. La décantation peut être accélérer par coagulation des particules avec des floculants • Centrifugation La séparation gaz-solide s’effectue dans des cyclones, les particules solides, entrainées par un gaz s’écoulant à grande vitesse, sont projetées par l’effet de la force centrifuge sur les parois du cyclone au cours d’un trajet hélicoïdal descendant et tombent à la partie inferieure conique tandis que le gaz sort par la partie supérieure. Pour les suspensions liquide-solide la séparation par centrifugation est obtenue par mise en rotation de la suspension • Filtration La séparation est obtenue en faisant passer (forçant) la suspension au travers d’un milieu poreux, les particules solides étant retenues par le milieu poreux. Celui-ci peut être une membrane, une toile ou même un lit de particules. Grillage Cette opération est réalisée en présence ou absence d’air ou d’autres réactifs ; elle permet : — de désulfurer presque totalement le minerai par la formation d’oxydes. Les minerais sulfurés tels que la blende (ZnS) et la galène (PbS) sont grillés pour former des oxydes et du dioxyde de souffre (SO2) qui sera transformé en acide sulfurique employé, par la suite, comme agent de lixiviation ; MS(s)+ 3/ 2 O2(g) MO(s)+ SO2(g) — de réduire certains oxydes (MnO2 en MnO) ; — de décomposer certains sels (FeAsS). De nombreux procédés de grillage ont été mis au point en fonction du type de minerai traité. Les types de four sont nombreux (four de grillage par fluidisation, four de grillage à soles multiples, fours flash roasting, waterjacket). Lavage • Une opération de lavage à l’eau du solide à Traiter et permet de lessiver les sels solubles tels que (NaCl, KCl, CaCl2, Na2SO4, K2SO4…). Ces derniers peuvent, en effet, se concentrer dans La solution de lixiviation recyclée et perturber la lixiviation ou l’élaboration du métal en modifiant entre autre la viscosité de la solution. Cette technique est souvent nécessaire dans le cas de traitement de déchets métalliques. Hydrométallurgie du cuivre Avantages et inconvénients Les avantages de l’hydrométallurgie du cuivre sont les suivants : —cuivre très pur — une gangue siliceuse n’est pas attaquée par les acides — les problèmes de corrosion de matériaux sont comparativement restreints — les manipulations des produits résultant de la mise en solution ou lixiviation sont moins chères et plus faciles que les manipulations de matte, scorie ou métaux. — enfin la pollution directe causée par les usines par voie humide est plus facilement maîtrisable que la pollution thermique et atmosphérique d’une usine par voie sèche. Prétraitement Il peut s’agir : — de la préparation des tas de minerais bruts à lixivier et/ou d’une agglomération —grillage oxydant pour rendre soluble le cuivre. Cette opération est délicate, car, si elle n’est pas maîtrisée, il se forme des ferrites de cuivre, qui sont insolubles ; —flottation des sulfures de cuivre, le concentré étant ensuite traité soit par grillage avant lixiviation, soit directement par biolixiviation après mise en tas en couches minces uploads/Finance/ hydrometallurgie.pdf