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L’hydrométallurgie du zinc
Jean-Louis Vignes – 2007
Décomposée en 3 étapes successives :
- la lixiviation
- la purification
- l'électrolyse
Principe de l’hydrométallurgie du zinc
ZnO + 2 H+ H2O + Zn2+
anode cathode+ 2 e-
2 H+ + ½ O2 + 2 e- Zn
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, H2SO4
- bon marché
- de plus production interne lors du grillage
H2SO4
Jean-Louis Vignes – 2007
La lixiviation
- 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
- réalisée avec H2SO4 2 mol.L-1, vers 60°C
Jean-Louis Vignes – 2007
2ème purification : élimination de Fe
hydroxydes
pH
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 hydroxydespour 1 mol.L-1 de 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+
pH = 14 –1/zpKs – 1/z log[Mz+]
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
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
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
Jean-Louis Vignes – 2007
3ème et dernière purificationcémentation
E°(V)
Zn2+ Zn
H+ H2
Cu2+ Cu
Mn2+ Mn
Cd2+ Cd
Co2+ CoNi2+ 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 m
- obtention d'un cément traité par ailleurs
Jean-Louis Vignes – 2007
Purifications résumées surun diagramme potentiel - pH
Concentrations maximales admissiblesavant électrolyse
Impuretés Teneur maximale
(mg.L-1)
Ge 0,001
Sb 0,1
Ni 0,2
Co 0,2
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-
anode en Pbcathode en Al
AlZn2+
Zn
Al2O3
Pb
E°(V)
H+ H2
Pb2+ Pb
H+
Pb2+ + SO42-
PbSO4
Jean-Louis Vignes – 2007
l'électrolyse
courbes intensité - potentiel
obtention de Zn possible grâce à la surtension de H2 sur la cathode
sur Znsur Zn
H2 H+
sur Pb
- 0,90- 0,761,23
I
VENH (V)
H2O O2
ired
iox UAC – R.I
1,85
hH2 hO2
Zn Zn2+
- tension : 3,2 à 3,7 V- densité de courant : 400 à 700 A.m-2
- obtention Zn à 99,995 %
Jean-Louis Vignes – 2007
Hall d'électrolyse de l'usine Umicore de Balen (Belgique)
- 140 cellules avec par cellule :- 96 cathodes- 97 anodes- surface électrodes : 3,2 m2
- production : 740 t/jour
- durée de dépôt : 40 h
l'électrolyse
