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République Algérienne Démocratique et Populaire Minstère de l’Enseignement Supé

République Algérienne Démocratique et Populaire Minstère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE BADJI MOKHTAR –ANNABA- Faculté des sciences de la terre Département des mines M2 Valorisation des ressources minérales ‘’ L’HYDROMETALLURGIE DU ZINC ‘’ Presenté par : Encadré par : - Guerfi Sabrine Mme. BOUTEFNOUCHET 2021/2022 : SOMMAIRE INTRODUCTION I. GENERALITES SUR L’ELEMENT ZINC II. PROPRIETES (physique – chimique) 1. Chimiques 2. Physiques & mécaniques III. EXTRACTION DU ZINC 1. Pyrométallurgie du zinc 2. L’hydrométallurgie du zinc 2.1. L’AMONT DE L’HYDROMÉTALLURGIE - Les minerais - La minéralurgie ou concentration des minerais - Le grillage 2.2. HYDROMÉTALLURGIE « PRIMAIRE » - La lixiviation - Lixiviation du zinc - La purification - L’élimination du fer dans l’hydrométallurgie du zinc - La cémentation dans l’hydrométallurgie du zinc - La purification dans d’autres hydrométallurgies - L’électrolyse 2.3. L’HYDROMÉTALLURGIE « SECONDAIRE » - Le recyclage du zinc des poussières d’aciéries 2.4. LES AVANTAGES ET LES INCONVÉNIENTS DE L’HYDROMÉTALLURGIE CONCLUSION L’HYDROMETALLURIE DU ZINC TP N : 3 INTRODUCTION L’hydrométallurgie est une des méthodes de préparation d’un métal. Elle est particulièrement utilisée pour la production du zinc. L’hydrométallurgie permet l’élaboration d’un métal à partir d’un minerai en faisant appel à des transformations s’opérant habituellement en milieux aqueux à température inférieure à 100°C. Le minerai de zinc – la blende – est un milieu complexe contenant des sulfures de zinc mais aussi d’autres éléments métalliques tels que le cuivre, le cadmium, le plomb et surtout le fer en quantité non négligeable. Tous ces éléments doivent être éliminés avant la phase de purification du métal par électrolyse. Le minerai subit d’abord un grillage qui fournit de l’oxyde de zinc ZnO mélangé aux autres oxydes métalliques. Tous ces oxydes sont alors attaqués par une solution concentrée d’acide sulfurique. Il en résulte une solution acide de sulfates métalliques. Par élévation du pH de la solution, on élimine les ions fer(III) : en effet l’hydroxyde de fer(III) précipite dès que le pH devient supérieur à 2. Dans l’industrie, on se place à un pH de 4,5. Le précipité d’hydroxyde de fer(III), Fe(OH)3, est séparé par décantation puis filtration. Les autres éléments métalliques sont éliminés par d’autres techniques. L’HYDROMETALLURIE DU ZINC TP N : 3 I. GENERALITES SUR L’ELEMENT ZINC Le zinc est par certains aspects semblable au magnésium dans la mesure où son état d'oxydation courant est +2, donnant un cation de taille comparable à celle de Mg2+. C'est le 24éme élément le plus abondant dans l'écorce terrestre. Il possède cinq isotopes naturels stables. Le zinc est un élément du groupe 12 et de la période 4. Stricto sensu, c'est un métal pauvre, qui ne répond pas à la définition des éléments de transition par l'IUPAC; en pratique cependant, il est très souvent assimilé aux métaux de transition dans les manuels et de très nombreux ouvrages. Il fait partie du « groupe du zinc », ou groupe IIB, qui comprend, par numéro atomique croissant, 30Zn, 48Cd et 80Hg, éléments caractérisés par deux électrons sur la sous-couche s au-delà d'une sous-couche de complète. La configuration électronique du zinc est [Ar] 3d10 4s2. Zinc et cadmium Cd sont des métaux électropositifs assez semblables, alors que le mercure Hg présente une réactivité encore plus faible et un caractère métallique encore plus noble. Pour les chimistes, le groupe du zinc se distingue nettement des alcalino-terreux, avec des métaux insolubles dans l'eau, ayant des points de fusion et d'ébullition assez bas, de faibles rayons ioniques, et ayant tendance à former des complexes. Dans le milieu naturel, le zinc est environ 600 fois plus abondantes que le cadmium, environ 1 500 fois plus abondant que le mercure. II. PROPRIETES (physique – chimique) 1. Chimiques : L'air sec n'attaque pas le zinc. Humide, il l'attaque et le ternit par formation d'une pellicule grise d'hydrocarbonate grise qui le patine et le protège contre l'oxydation. Il n'est pas considéré comme toxique. L’HYDROMETALLURIE DU ZINC TP N : 3 Le zinc est facilement attaqué par les acides et d'autant mieux qu'il est moins pur, particulièrement les acides chlorhydrique et sulfurique. Il est également attaqué par la chaux et le ciment Portland. 2. Physiques & mécaniques Métal blanc bleuâtre et brillant, susceptible de prendre un beau poli mais qui se ternit rapidement à l'air humide. Sa densité est de 7.2 et fond vers 420°c. Fondu, il se montre homogène. Froid, il est cassant; mais devient malléable et ductile entre 100 et 150°c. La ténacité du zinc est relativement faible, sa limite de rupture est de 190 MPa. A l'état pur, le zinc est très malléable. Le coefficient de poisson varie entre 0.2 et 0.3, et le module d'Young entre 110 et 120 GPa. III. EXTRACTION DU ZINC La métallurgie extractive du zinc est l’ensemble des opérations permettant la fabrication de zinc métallique à partir du minerai, ou plus rarement à partir de déchets métallurgiques, d'aciéries notamment. L’HYDROMETALLURIE DU ZINC TP N : 3 Le minerai (généralement la blende) est préalablement traité par flottation afin de séparer, le sulfure de sa gangue (silicate, carbonate etc). On obtient un concentré de sulfure de zinc et de sulfure de plomb. Il existe alors deux voies de traitements :  la pyrométallurgique ;  l’hydrométallurgique suivi d’une opération d’électrométallurgie. 1. Pyrométallurgie du zinc Le traitement direct du sulfure n'est pas économique : la réaction sulfure-oxyde (ou sulfate) donnant le métal se situe à une température trop élevée et il n'y a pas de métal moins onéreux que le zinc qui puisse le précipiter de son sulfure. Les concentrés sulfurés doivent donc être grillés le plus totalement possible en oxydes avant réduction. L'oxyde de zinc, moyennement réfractaire, est réduit par le carbone à des températures de l'ordre de 1100 à 1300°C. A cette température, le zinc est gazeux et il est nécessaire de le refroidir pour le condenser. Durant le refroidissement, il peut être ré oxydé par le co2 .une première solution consiste à éviter la production de co2 grâce à un excès de carbone et à séparer les circuits de réduction et de combustion des combustibles de chauffage, ou à utiliser le four électrique. Cependant, à haute température, l'oxyde de zinc peut être réduit par CO et le zinc gazeux peut exister avec une proportion non négligeable de co2 dans les gaz. Une seconde solution consiste alors à condenser le zinc si rapidement qu'il n'a pas la possibilité de se ré oxyder. L’HYDROMETALLURIE DU ZINC TP N : 3 2. L’hydrométallurgie du zinc 2.1. L’AMONT DE L’HYDROMÉTALLURGIE - Les minerais Les éléments extraits par hydrométallurgie sont à l’origine inclus dans un minerai qui peut être défini comme une roche naturelle contenant un ou plusieurs des éléments susceptibles d’en être extraits dans des conditions économiques satisfaisantes afin d’alimenter les activités humaines. La formation des gisements de minerais résulte de processus géologiques variés (commandés en grande partie par les lois de la chimie) qui ont conduit à une accumulation importante de certains éléments en un lieu donné. Ces processus concernent, en général, des éléments chimiquement proches (appartenant à une même colonne, une même famille ou un même bloc du tableau périodique) et en conséquence, les minerais sont des mélanges complexes de divers éléments, en général à l’état oxydé en ce qui concerne les éléments métalliques, présents dans des composés variés (sulfures, oxydes, carbonates, sulfates, chlorures, phosphates…). Parmi ces éléments certains sont intéressants, d’autres inutiles (ils se retrouveront dans les stériles ou gangue) ou toxiques (mercure, arsenic, L’HYDROMETALLURIE DU ZINC TP N : 3 radon…). Les teneurs sont extrêmement variables : de 65 % en masse pour le fer à quelques ppm pour l’or. - La minéralurgie ou concentration des minerais Pour des raisons principalement économiques, il est généralement nécessaire de traiter le minerai, sur le lieu d’extraction, afin d’augmenter sa teneur en éliminant la plus grande partie possible de la gangue. Cela va du simple tri manuel comme dans les mines de charbon du XIXe siècle jusqu’au tri automatique par luminescence induite par les rayons X employé actuellement dans des mines de diamants. Les techniques de séparation font appel, en général, aux différences de propriétés physiques entre les éléments valorisables du minerai et la gangue. Parmi ces techniques on peut citer la gravimétrie, le magnétisme, la radioactivité et surtout la flottation - qui met en jeu des différences de tension superficielle - principale technique de concentration des minerais sulfurés. Afin de séparer, il est nécessaire, au préalable, de concasser puis de broyer le minerai afin d’atteindre « la dimension de libération » des éléments valorisables, souvent de quelques centaines de μm. Lors de ces traitements l’élément métallique valorisé reste, le plus souvent, sous la forme chimique qu’il possédait dans le minerai. Par exemple, la teneur en zinc passe de 4 à 20 % en masse dans le minerai à 40 à 60 % dans le concentré. Pour l’uranium on passe d’environ 0,2 % à 70 %(3). - Le grillage Ce traitement métallurgique concerne les minerais sulfurés. C’est un prétraitement qui consiste à transformer les sulfures métalliques (4) en oxydes. Lors de cette opération, pour faciliter la uploads/Geographie/ tp-l-x27-hydrometallurgie-du-zinc-guerfi-sabrine.pdf