Pyrométalurgie Et Hydrométalurgie

tés autres que le métal désiré ;

* élaboration du métal désiré.

La purification de la solution n’est pas forcément nécessaire si le minerai ou le déchet traité contient peu ou pas d’impuretés solubles. Bien souvent, un raffinage du métal produit est nécessaire afin de conditionner le métal sous une forme commercialisable (lingots...). La solution, après élaboration du métal, est, d’une manière générale, recyclée en lixiviation.

A ces opérations doivent s’ajouter, dans la plupart des cas, des opérations de prétraitement pour conditionner le métal sous une forme lixiviable ou pour le concentrer.

La figure 1 reprend ces étapes principales.

Cette opération consiste à conditionner le métal à extraire sous une forme plus facilement lixiviable. Divers types de traitement peuvent être effectués :

* une séparation physique, durant laquelle le métal reste sous une forme chimique inchangée, permet un enrichissement du minerai par élimination aussi complète que possible de la gangue inerte ;

* un grillage du solide permet d’obtenir des oxydes plus solubles ;

* un lavage à l’eau permet d’éliminer les sels solubles dans la solution de lixiviation.

2.1 Séparations physiques

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, 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. Cette technique est parfois employée pour les sables aurifères et l’étain.

* 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.

Exemple

des minerais de cuivre à quelques pour-cent de cuivre sont concentrés à 27 % de cuivre alors que les stériles n’en contiennent que des traces. Des flottations différentielles permettent de séparer différents sulfures les uns des autres : pyrite, blende, galène.

* La séparation magnétique est fondée sur le fait que le champ d’un aimant permet de séparer les matériaux ferromagnétiques (Fe) ou ferrimagnétiques (magnétite, titanomagnétite...), des matériaux paramagnétiques (FeCO3...).

* La séparation électrostatique est fondée sur la différence de conductivité électrique des minéraux.

2.2 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 ;

* 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).

2.3 Lavage

Une opération de lavage à l’eau du solide à traiter 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.

La lixiviation consiste à mettre en solution, sous forme ionique, le ou les métaux recherchés. Le but est de déterminer le type de lixiviat optimal en termes de consommation et de coût de réactif, de solubilisation minimale d’impuretés et d’entretien du matériel.

3.1 Agents de lixiviation

En fonction du métal à extraire et du solide à traiter (impuretés présentes), différentes solutions de lixiviation peuvent être employées ; les plus courantes sont :

* l’eau ;

* les acides ;

* la soude ;

* des complexes ;

* des solutions oxydantes ;

* des solutions bactériennes.

3.1.1 L’eau

Elle permet de solubiliser les sulfates (ZnSO4) ou les chlorures formés après des opérations de grillage.

3.1.2 Les acides

* Acide sulfurique

Du fait de son faible coût et de sa faible corrosivité, l’acide sulfurique est l’acide le plus couramment utilisé en tant qu’agent de lixiviation. Il limite ainsi les coûts de réactifs, d’investissement et d’entretien.

Il sert pour solubiliser les oxydes de zinc obtenus par grillage de blende et est, dans ce cas, généré lors du grillage selon les réactions :

ZnS + 3/2 O2 ZnO + SO2

SO2 + 1/2 O2 + H2O H2SO4

ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O

Il trouve aussi de nombreuses applications dans l’hydrométallurgie du cuivre (CuCO3, Cu(OH)2), du nickel, du titane (ilménite FeTiO3) et de l’uranium.

Il présente, par contre, l’inconvénient de réagir avec les carbonates, le fer et la chaux, d’où une surconsommation de réactifs. Il ne permet pas d’extraire le plomb, métal souvent présent dans les déchets. Ses applications dans le traitement des déchets métalliques sont donc limitées.

* Acide chlorhydrique

Du fait de son caractère corrosif et de son coût, l’acide chlorhydrique est peu employé. Il trouve cependant des applications dans :

* le traitement des résidus de pyrite : extraction du cuivre, du nickel, du zinc et du plomb ;

* la lixiviation de minerais d’étain, de tungstène et de bismuth.

Dans certains cas, il est utilisé pour lixivier au préalable les impuretés présentes dans les minerais. Pour les minerais de tungstène (CaWO4 ou [Fe,Mn]WO4), l’acide chlorhydrique dissout le calcium, le fer et le manganèse et produit de l’acide tungstique qui est traité, par la suite, par l’ammoniac.

Il présente le désavantage de lixivier la chaux souvent présente dans les déchets, ce qui provoque une surconsommation de réactifs et une production importante de sels. Le traitement des phases gazeuses est aussi indispensable.

* Eau régale

L’eau régale (mélange HCl et HNO3) est employée pour lixivier les minerais de platine à l’état natif.

3.1.3 La soude

La soude permet de lixivier les métaux amphotères tels que l’aluminium, le zinc, le plomb, le thorium, les métaux de transition (molybdène, vanadium, tungstène, chrome) sous un état d’oxydation élevé.

Al2O3,H2O + 2 NaOH Al2O3,Na2O + 2 H2OZnO + 2 NaOH Na2ZnO2 + H2OPbO + NaOH NaHPbO2 MoO3 + 2 NaOH Na2MoO4 + H2O

Le degré de solubilité de ces métaux est fonction de la forme sous laquelle ils se trouvent.

Exemple

les hydroxydes, oxydes et carbonates de zinc sont très fortement solubles dans la soude ; les silicates et les sulfures sont, par contre, peu solubilisés.

L’emploi de la soude est cependant peu développé dans le traitement des minerais en raison des difficultés rencontrées lors de l’étape d’élaboration du métal.

Exemple

pour la production de zinc, le principal handicap provient de l’étape d’élaboration du métal par électrolyse qui produit de la poudre de zinc plus difficile à manipuler que du zinc massif formé par électrolyse en milieu sulfurique.

La soude présente toutefois de nombreux avantages grâce à son faible pouvoir de corrosion et à sa sélectivité.