Hydrométallurgie et pyrométallurgie du zinc

Résumé du document

La métallurgie est l'obtention d'un métal à partir de son minerai, roche naturelle constituée entre autres d'une forme oxydée du métal.

L'hydrométallurgie est une technique industrielle permettant d'obtenir du zinc à partir du minerai constitué de ZnS (blende) mêlé à des impuretés : PdS, CdS... et une gangue constituée de carbonates de calcium et de magnésium (...)

Extraits

[...] Hydrométallurgie et pyrométallurgie du zinc La métallurgie est l'obtention d'un métal à partir de son minerai, roche naturelle constituée entre autres d'une forme oxydée du métal. L'hydrométallurgie est une technique industrielle permettant d'obtenir du zinc à partir du minerai constitué de ZnS (blende) mêlé à des impuretés : PdS, CdS . et une gangue constituée de carbonates de calcium et de magnésium. I. Premiers traitements Obtention d'un concentré par flottation Le minerai initial a un pourcentage massique inférieur à 20% La première étape consiste à l'enrichir par flottation, c'est-à-dire séparer la gangue du ZnS pour obtenir un minerai dit concentré à 40 à 60% en masse. [...]

[...] Pyrométallurgie. Définition : La pyrométallurgie est l'obtention de métaux purs par réduction en voie sèche de leurs oxydes souvent à haute température. Il faut donc réduire ZnO qui constitue l'essentiel de la calcine. choix du réducteur Aspect thermodynamique : (on utilisera des diagrammes d'Ellingham) La métallothermie consiste à choisir un métal plus réducteur c'est-à-dire dont la courbe est plus basse. Seulement cette méthode est chère et la cinétique entre solide est médiocre on préférera donc travailler avec des gaz. Le dihydrogène convient mais c'est un gaz très cher. [...]

[...] Selon la réaction : Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu On utilise Zn ce qui permet de ne pas introduire d'ions étrangers. Electrolyse Une fois les impuretés éliminées, il reste à réduire Zn2+. Pour cela le choix des électrodes est important. A l'anode : Réaction de l'oxydation de l'eau A la cathode : On doit choisir une électrode telle que Zn2+ soit réduit, c'est-à-dire une électrode qui crée une forte surtension pour la réduction des ions pour que sa vague démarre à gauche de celle du zinc. Pour cela on peut choisir le plomb ou l'aluminium. [...]

[...] Réalisation industrielle Dans le milieu industriel, la réduction est réalisée dans un haut-fourneau On effectue une liquation : Le Zn est retiré au fur et à mesure en continu, puis il est recondensé par une pluie de plomb liquide, seul le zinc est liquéfié (peu d'impureté) On obtient un alliage binaire ZnPb qui à froid se sépare en deux phases : L'une riche en plomb, la seconde riche en zinc Puis le raffinage qui consiste en une purification par distillation fractionnée permet d'obtenir du zinc pur à Conclusion : L'hydrométallurgie représente 80% de la production mondiale, tandis que la pyrométallurgie en représente 20%. Seulement cette seconde méthode est moins coûteuse en énergie et libère moins de CO2. C'est pourquoi on s'attend dans les prochaines années à une évolution vers la pyrométallurgie dans le cadre d'une chimie plus verte. [...]

[...] En revanche PbSO4 précipite et une fois filtré Pb2+ est valorisé. Elimination des impuretés On va se limiter aux impuretés : Fe2+, Fe3+, Cu2+. Etude thermodynamique : On utilise un diagramme E-pH Zn est le métal le plus réducteur car son domaine est le plus bas A l'inverse l'ion Zn2+ est le moins oxydant des ions concernés, si on le réduit, on réduit d'abord Fe2+, Fe3+, Cu2+, il est donc nécessaire d'éliminer des impuretés. Elimination des ions Fe2+, Fe3+ : Fe2+ est oxydé en Fe3+ par le MnO2, puis les ions Fe3+ précipitent avec ZnO en milieu acide pour donner le Fe(OH)3 solide. [...]