BE1019348A5

BE1019348A5 - Cellule de cementation.

Info

Publication number: BE1019348A5
Application number: BE2010/0315A
Authority: BE
Inventors: Kabamba Edmond Twite
Original assignee: Forrest George Arthur; Kabamba Edmond Twite
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2012-06-05
Also published as: CL2012003270A1; WO2011147868A1; AU2011257249A1

Abstract

Salle de cémentation comprenant au moins une cellule de cémentation prévue pour réaliser une cémentation d'au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse au contact d'au moins un second métal à l'état solide comprenant: - une cuve; - un panier plongé au moins partiellement dans ledit milieu réactionnel; - une alimentation de ladite au moins une première phase aqueuse; - au moins une alimentation pneumatique dudit au moins un second métal; traversant ladite cuve; et - une sortie d'au moins une seconde phase aqueuse appauvrie en ledit au moins un premier métal et enrichie en ledit au moins un second métal.

Description

Cellule de cémentation L'invention se rapporte à une salle de cémentation comprenant une ou plusieurs cellules de cémentation, prévues pour réaliser une cémentation en solution dans au moins une première phase aqueuse au contact d’au moins un second métal, ainsi à un procédé de cémentation.

Dans la métallurgie extractive des métaux non-ferreux, certains métaux sont élaborés comme sous-produits du traitement métallurgique du métal principal dans le minerai. Ceci est le cas du cobalt qui est généralement extrait comme sous-produit de la métallurgie du cuivre ou du nickel par voie hydrométallurgique. Les minéraux de cobalt présentent le désavantage de nécessiter un réducteur pour leur lixiviation des minerais cupro-cobaltifères lors de leur traitement hydrométallurgique, alors que le cuivre est lixivié en conditions oxydantes.

Il s’avère donc intéressant de développer des nouvelles technologies pour non seulement valoriser le cuivre mais aussi le cobalt et les traces d’uranium, d’argent et d’or des minerais cupro-cobaltifères de façon économiquement plus rentables. Il s’avère aussi intéressant de développer des nouvelles technologies pour extraire le cobalt métallique et les sels et oxydes de cobalt d’une grande pureté, puisqu’ils sont plus précieux que les sels de carbonate et l’hydroxyde de cobalt commercialisé actuellement sur le marché mondial.

Le brevet US3902896 montre la cémentation des plusieurs métaux comme le nickel, le cuivre, l’or, l’argent et le platine. Malheureusement, ce document ne divulgue pas, ni n’aborde la possibilité de cémenter le cobalt puisque le cobalt est utilisé comme métal cémentant. Il est en outre très consommateur d’énergie et suggère l’addition de thiosulfate pour que la cémentation ne termine pas prématurément.

L’invention entend donc procurer un procédé de cémentation ainsi qu’une salle de cémentation permettant de mettre en œuvre des métaux élémentaires de très grande pureté. Ceci n’étant à l’heure actuelle que réalisable au moyen de l’électrolyse. Malheureusement, un tel procédé tel que l’électrolyse est très énergivore comme les procédés hydrométallurgiques actuels.

Dans plusieurs pays africains à potentiel minier, subsiste malheureusement un déficit criant d’énergie électrique qui entrave le développement de l’industrie métallurgique et rend de ce fait les procédés actuels inutilisables de manière fiable. Ceci est aussi le cas de la République Démocratique du Congo, en particulier dans la province cupro-cobaltifère du KATANGA où le développement des usines hydrométallurgiques basées sur l’électrolyse de cuivre et de cobalt se butte au manque d’énergie électrique dans la région. Les sociétés de production et de distribution d’énergie électrique sont parfois butées à d’énormes difficultés financières et techniques et ne peuvent être à même de répondre à cette demande d’énergie électrique dans un délai raisonnablement court.

Il s’avère dès lors intéressant de développer des nouvelles technologies moins consommatrices d’énergie électrique que les procédés classiques d’extraction de solvants et d’électrolyse sur les sites miniers.

La présente invention concerne donc un procédé hydrométallurgique de cémentation des métaux, cobalt y-compris, moins énergivore que les procédés de l’état de la technique actuel applicable à un niveau industriel.

A cette fin, l’invention procure donc une salle de cémentation prévue pour réaliser une cémentation d’au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse au contact d’au moins un second métal à l’état solide, ladite au moins une cellule de cémentation comprenant : une cuve agencée pour contenir un milieu réactionnel ; - un panier agencé pour être plongé au moins partiellement dans le milieu réactionnel; - une alimentation de l’au moins une première phase aqueuse contenant l’au moins un premier métal, pour alimenter l’au moins une première phase aqueuse au panier ; - au moins une alimentation pneumatique d’au moins un second métal, traversant la cuve de telle façon que l’au moins une alimentation pneumatique d’au moins un second métal étant agencée pour mettre en contact l’au moins un premier métal avec l’au moins un second métal alimenté pneumatiquement ; et une sortie d’au moins une seconde phase aqueuse substantiellement appauvrie en l’au moins un premier métal et enrichie en l’au moins un second métal, reliée à la cuve.

Comme on peut le constater, la présente invention se rapporte donc à une salle de cémentation qui peut fonctionner en mode continu, ayant pour résultat des métaux élémentaires et des dérivés de métaux d’une très grande pureté tout en étant nettement moins énergivore qui, contrairement à l’électrolyse, met en jeu l’énergie interne des réactions chimiques. Il n’est donc plus nécessaire de fournir de l’électricité externe sur le site de production pour maintenir les conversions hydrométallurgiques.

Dans les procédés conventionnels, puisqu’il est connu que lors de la cémentation, la solution doit être agitée pour une bonne cinétique réactionnelle, des moyens d’agitation mécanique encombrants sont mis en œuvre, ce qui rend le déchargement des cuves de cémentation laborieux et peu flexible. Dans la cuve réactionnelle de la salle de cémentation selon l’invention, le deuxième métal, plus électronégatif que le premier métal (par exemple le cuivre) est alimenté dans la cellule par transport pneumatique, qui sert en même temps de vecteur d’agitation de la solution dans la cellule. De cette manière, la cuve réactionnelle (également appelée parfois cellule de cémentation) est particulièrement bien agitée et ce de manière compacte et le contact entre le premier métal à cémenter et le deuxième métal plus électronégatif que le premier métal est optimal. De ceci, il en résulte donc une utilisation optimale de l’énergie interne de réaction qui intervient alors pour la cémentation.

Avantageusement, la salle de cémentation est conçue pour comprendre n cellules de cémentation dans laquelle une n-ième cellule de cémentation comprenant un n-ième panier est en série avec une (n-1 )-ième cellule de cémentation de telle façon que la (n-l)-ième sortie d’une (n-l)-ième phase aqueuse substantiellement appauvrie en l’au moins un premier métal et enrichie en l’au moins un second métal de la (n-1)-ième cellule de cémentation soit reliée à la n-ième alimentation de la (n-1)-ième phase aqueuse pour alimenter la (n-l)-ième phase aqueuse au n-ième panier de la n-ième cellule de cémentation.

Ce montage en cascade des cellules de cémentation dans la salle de cémentation permet une très grande flexibilité de fonctionnement lorsqu’il ressemble une salle d’électro-wining (EW) classique et comporte alors des parties universelles. En plus, la salle de cémentation est déchargée 24h/24h et présente donc une productivité plus grande que la salle d’EW conventionnelles. Comme on peut le constater, la salle de cémentation comprenant donc n cellules présente une fluidité opérationnelle au moins égale à celle d’une salle d’électrolyse pour assurer un niveau de productivité économiquement compétitif puisque la sortie de la (n-1)ème cellule ou cuve réactionnelle est reliée à l’entrée de la suivante, la nième cellule ou cuve réactionnelle.

Avantageusement, ladite au moins une alimentation pneumatique est solidaire de ladite cuve et non dudit panier tout en communiquant avec ledit panier.

Ladite au moins une alimentation pneumatique est reliée, de préférence, à au moins un diffuseur, le diffuseur étant solidaire de la cuve et engagé dans des orifices traversants prévus dans le fond du panier. Cette disposition permet de mettre en place et de retirer librement le panier de la cuve en le glissant le long des diffuseurs au travers des ouvertures aménagés dans le fond du panier et dimensionnés à cet effet.

L’agitation pneumatique selon l’invention permet donc une agitation optimale par la répartition du gaz au moyen des diffuseurs dans la cuve réactionnelle du dispositif selon l’invention. En outre, le contact entre le premier métal et le deuxième métal est encore amélioré également grâce à la présence du diffuseur qui répartit sur la hauteur et sur la surface lorsqu’ils sont présents en plus grand nombre le deuxième métal transporté par ledit gaz. Le gaz de transport sert donc en même temps de vecteur d’agitation de la solution.

En outre, l’alimentation dudit deuxième métal est mise en œuvre par un dispositif fixe (le diffuseur est solidaire de la cuve) et contrôlé qui ne perturbe pas le déchargement des cuves. Le deuxième métal plus électrongéatif que le premier métal est donc alimenté de préférence dans les cuves par le fond, en contre-courant de la solution qui sera alimentée par le haut.

Dans une autre forme de réalisation avantageuse selon l’invention, un ou plusieurs paniers comprennent au moins un moyen d’accrochage réciproque à un autre moyen d’accrochage agencé sur un pont roulant agencé pour retirer par le haut ledit panier de ladite cuve. Ainsi, le panier des cellules est donc facile à récupérer.

Dans une variante, le panier comporte une surface d’au moins un premier métal à l’état solide pour initier la cémentation d’au moins un premier métal à cémenter par la croissance des cristaux dudit au moins un premier métal à cémenter sur ladite surface d’au moins un premier métal à l'état solide.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, l’au moins un second métal à l’état solide est alimenté pneumatiquement dans un flux d’azote gazeux, en lieu et place de l’air, ce qui évite l’oxydation de la poudre dudit deuxième métal.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, l’au moins une alimentation pneumatique est reliée à un réservoir d’au moins un second métal communiquant avec une vis sans fin de dosage d’au moins un second métal et à une alimentation de gaz, l’alimentation de gaz étant agencée pour amener au moins un gaz, par exemple l’azote gazeux, à l’alimentation pneumatique où Pau moins un second métal est dosé par la vis sans fin.

Egalement, dans une salle de cémentation comprenant n cellules de cémentation, l’au moins une alimentation pneumatique de la n-ième cuve est reliée, de préférence en parallèle, à l’alimentation pneumatique de la (n-l)-ième cuve, chaque alimentation pneumatique est reliée à un réservoir d’au moins un second métal et communique avec une vis sans fin de dosage d’au moins un second métal et à une alimentation de gaz, l’alimentation de gaz étant agencée pour amener au moins un gaz, par exemple l’azote gazeux, à l’alimentation pneumatique où ledit au moins un second métal est dosé par les vis sans fin. Chaque cellule est donc de préférence alimentée indépendamment des autres à des doses calculées et régulées identiques pour chaque cellule.

Dans une variante, chaque cellule de cémentation de la cascade peut en effet être réglée au niveau du débit gazeux et à l’alimentation pneumatique dudit au moins un second métal, permettant ainsi une récupération optimale dudit au moins un premier métal des phases aqueuses de plus en plus appauvrie en ledit au moins premier métal dans la cascade.

L’avantage de cette salle de cémentation est donc qu’elle est conçue pour récupérer une abondance en métaux, c’est-à-dire pour réaliser une cémentation d’au moins un premier métal qui est un métal de transition de la classification périodique des éléments chimiques, notamment le cuivre, le nickel, le cobalt, sous forme métallique.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, l’au moins un second métal est un métal du groupe consistant en l’aluminium, le nitrure d’aluminium, le magnésium, le fer, le zinc.

Le choix d’au moins un second métal est déterminé par la différence de potentiel entre le couple premier métal/second métal et par la grandeur souhaitable des cristaux de cément. A titre d’exemple, l’aluminium, sera de préférence utilisée pour des raisons mentionnées plus loin, ainsi que pour sa faible densité qui en fait un deuxième métal de choix dans une alimentation pneumatique.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, l’au moins un second métal est sous forme de particules fines. De cette façon, certaines fines particules de deuxième métal enrobées de premier métal à cémenter, ayant cémenté, pourront traverser le panier et seront entraînées par le flux de phase aqueuse dans la cellule suivante où elles servent de premiers germes. Avantageusement, le coût de l’au moins un second métal est équilibré en récupérant l’au moins un second métal, par exemple l’aluminium par précipitation des solutions sous forme de AI(OH)3 et partiellement sous forme de AI(0H)S04, commercialisable sous forme d’alumine (AI2O3) après calcination. L’aluminium est disponible dans les pluparts des régions minières et cette proximité facilite le transport retour de l’alumine vers les ports d’export.

La sortie de ladite au moins une seconde phase aqueuse comprend avantageusement un bord latéral permettant un débordement de ladite au moins une seconde phase aqueuse substantiellement appauvrie en ledit au moins un premier métal.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, une ou plusieurs cellules de cémentation comprennent une surface d’au moins un second métal, par exemple une ou plusieurs feuilles de cuivre, pour initier la cristallisation, par exemple pour initier la cristallisation de cuivre pendant la cémentation de cuivre sur ΓΑΙ. De préférence, cette surface, par exemple cette feuille de cuivre, est prévue dans un ou plusieurs paniers pour faciliter la cémentation au niveau dudit un ou plusieurs paniers.

On peut donc constater que la salle de cémentation est équipée pour fournir la plus grande productivité que possible à l’échelle industrielle, à cause de la fonction synergique de l’alimentation de ladite au moins une première phase aqueuse et de l’alimentation pneumatique, ainsi que par l’écoulement permanent de la première phase aqueuse présentant ledit au moins un premier métal à cémenter, et la sortie de la seconde phase aqueuse appauvrie en ledit au moins un premier métal à cémenter. Le fluidité de la salle de cémentation est donc atteinte.

D'autres formes de réalisation de la salle de cémentation selon l'invention sont mentionnées dans les exemples, la description détaillée et les revendications annexées.

La présente invention se rapporte aussi à un procédé de cémentation d’au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse au contact d’au moins un second métal à l’état solide, le procédé comprenant : - une alimentation en l’au moins une phase aqueuse contenant l’au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse dans une cuve; - une mise en contact d’au moins un premier métal avec l’au moins un second métal amené pneumatiquement dans la cuve;

Une cémentation continue par la mise en série de n cuves dont la n-ième est alimentée par la (n-l)-ième phase aqueuse appauvrie en l’au moins un premier métal et enrichie en l’au moins un second métal solubilisé quittant la (n-l)-ième cuve d’au moins un premier métal par consommation de l’énergie chimique interne de la réaction de cémentation en présence d’au moins un second métal à l’état solide suivie d’un appauvrissement de l’au moins une phase aqueuse en l’au moins un premier métal et d’un enrichissement de l’au moins une phase aqueuse en l’au moins un second métal solubilisé ; et - une récupération d’au moins un premier métal cémenté sous forme solide.

Le procédé selon l’invention permet donc d’opérer dans une région qui présente un déficit en énergie électrique, comme mentionné ci-dessus. Pour déposer le métal selon l’invention, on utilise de l’énergie chimique interne aux réactions et non de l’énergie externe fourni par un transfo-redresseur comme dans le procédé classique de SX/EW. En outre, le procédé selon l’invention permet de by-passer les deux étapes SX/EW et de les remplacer par une seule étape de précipitation de cuivre sous forme des cristaux très pures. On peut en effet atteindre une pureté de 99,9%Cu. Par le même traitement la solution est totalement épuisée en cuivre: teneur finale inférieure à 100 mg/l.

Le procédé de l’invention permet donc avantageusement de traiter par voie hydrométallurgique les minerais ou concentrés oxydés ou sulfurés de cuivre et de cobalt pour produire par cémentation ces deux métaux sous forme de céments purs. Le nickel, s’il est présent dans le minerai, à teneur valorisable, peut également être produit par cémentation. Finalement, des traces d’uranium peuvent être précipitées.

L’avantage de ce procédé est donc de récupérer une abondance en métaux, c’est-à-dire au moins un premier métal choisi parmi un métal de transition de la classification périodique des éléments chimiques, notamment le cuivre, le nickel, le cobalt, l'argent, l'or, le manganèse, le platine, sous forme métallique ou d'oxyde, ou de sel d’acide.

On peut enfin atteindre la récupération peu coûteuse et rentable des métaux valorisables comme le cuivre et le cobalt par rapport à des techniques conventionnelles. En outre, c’est la première fois qu’une application industrielle de cémentation de métaux tel que le cobalt et le nickel est effectuée en processus continu sur des phases aqueuses à l’échelle industrielle.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, ledit au moins un premier métal dans au moins une phase aqueuse provient d’une étape préalable de lixiviation.

Le procédé de cémentation comprend, de préférence, aussi une étape d’initiation de la cémentation d’au moins un premier métal par la croissance des cristaux d’au moins un premier métal sur une surface d’au moins un premier métal à l’état solide.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, le procédé de cémentation utilise au moins un deuxième métal étant un métal du groupe consistant en l’aluminium, le nitrure d’aluminium, le magnésium, le fer, le zinc.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l’invention, l’au moins un second métal à l’état solide est alimenté pneumatiquement dans un flux d’azote gazeux, en lieu et place de l’air, ce qui évite l’oxydation de la poudre d’aluminium.

Le choix d’au moins un second métal est déterminé par la différence de potentiel entre le couple premier métal/second métal et par la grandeur souhaitable des cristaux de cément. Le cours du cuivre a fortement augmenté ces dernières années en sorte qu’on peut économiquement utiliser Al pour cémenter Cu en lieu et place du fer, avec comme avantage l’établissement d’une différence de potentiel très élevée entre les couples : AE°cu/ai = 0,34V -(-1,67V) = 2,01V.

Cette différence de potentiel est du même ordre de grandeur que la tension industrielle aux bornes de la cellule d’électrolyse de cuivre : Ua/c = 1,9 à 2,2V. Une telle différence de potentiel permet de recueillir le cément de cuivre sous forme des cristaux géants, d’épuiser la phase aqueuse cémentée (concentration finale de la solution <100 mg/l de cuivre), ce qui correspond à une purification pour le cuivre par SX, et d’assurer une cinétique de cémentation très rapide dans le milieu sulfate. En effet la cémentation se déroule sur une pile en court-circuit. ΔΕ0 étant largement supérieur à 0,36V, le courant de cémentation est dans la zone du courant limite de diffusion de Cu. La cinétique de cémentation est alors contrôlée par la diffusion et pas par la réaction électrochimique. La réaction est quasi-spontanée. La croissance des cristaux se fait sur les premiers germes, phase solide conductrice.

Pour déposer le métal, on utilise donc l’énergie chimique interne aux réactions et non de l’énergie externe fourni par un transfo-redresseur. Techniquement dans le procédé selon l’invention, le cuivre est déposé par cémentation sur l’aluminium en poudre suivant la réaction : 3Cu++ + 2AI° = 3Cu° + 2AI3+ 3CuS04(aq) 2AI (s) = 3Cu°(s) Al2(S04)3(aq) AG°298 = -278,73 kcal.

Par ailleurs, le cuivre étant très électropositif par rapport aux autres éléments présents dans la solution, il précipite seul, sans contamination possible. Le faible excès stoechiométrique de Al est consommé par les réactions secondaires telles que le couple Fe2+/Fe3+ et l’attaque acide. Pour éviter une précipitation simultanée de l’hydroxyde d’aluminium [AI(OH)3], le pH de la solution sera avantageusement contrôlé à pH = 2-2,5. On peut ainsi obtenir un cément cuivre titrant 99,9%Cu après lavage poussé pour éliminer la solution sulfate imprégnante.

La cémentation par le fer ou le zinc conduit à un cément poudreux très fin qui s’oxyde facilement à l’air et est pollué par le fer ou le zinc, la différence de potentiel entre les couples étant relativement faible pour conduire à un cément sous forme des cristaux géants. Par ailleurs l’épuisement de la solution n’est pas toujours très poussée.

L’autre avantage et pas le moindre est la différence des valences et des masses moléculaires entre Al et Cu qui conduit à une faible consommation de Al par tonne de Cu. En effet, la consommation théorique de Al par tonne de cuivre cémentée est de : 2 x 27 / 3 x 63,55 = 0,283 T de Al par T de Cu.

Du point de vue rentabilité économique, cet aspect de la question est un des critères fondamentaux dans le choix d’AI comme métal de cémentation de cuivre parmi d’autres métaux.

D’autres formes de réalisation du procédé de cémentation selon l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.

La présente invention se rapporte aussi à une utilisation d’un réacteur hydrométallurgique selon l’invention pour valoriser un minerai métallique (oxydé ou sulfuré), son concentré ou son cendre de grillage des sulfures.

D’autres formes de réalisation de l’utilisation d’un réacteur hydrométallurgique selon l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples annexés.

La figure 1 est un graphique représentant une salle de cémentation, selon l'invention.

La figure 2A est un graphique représentant une cellule de cémentation selon l’invention. La figure 2B est une coupe schématique d’une cellule de cémentation selon l’invention.

La figure 3 est un plan de montage représentant deux cellules de cémentation connectées en série selon l’invention.

La figure 4 est un graphique représentant un diffuseur selon l’invention.

La figure 5 est un diagramme d’une cémentation mise en œuvre dans la salle de cémentation selon l’invention.

Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.

Par le terme « minerai métallique », on entend, au sens de l’invention des minerais polymétalliques, comprenant entre autres ceux du type Shinkolobwe ou des gisements de Swampo, Kasompi, ou Musonoi, des minerais polymétalliques pauvres en uranium et des minerais cupro-cobaltifère comme entre autres de la ceinture du Katanga caractérisés par la présence des traces d’uranium. Par le terme « minerai métallique », on entend aussi, au sens de l’invention, des minerais oxydés, souvent occurrent en surface du gisement et des minerais sulfurés, plutôt occurrent en profondeur. Ce minerai métallique peut être un minerai qui comprenne U, Cu, Co, Ni, en présence des traces des métaux nobles comme Au, Ag et platinoïdes.

La figure 1 illustre donc une salle de cémentation 100 comprenant au moins une ou plusieurs cellules de cémentation 300 prévues pour réaliser une cémentation d’au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse au contact d’au moins un second métal.

Comme on peut le voir à la figure 1, les cellules 300 peuvent être disposées en cascade par rangée dans la salle de cémentation 100, de telle sorte que la cellule supérieure alimente la cellule inférieure suivante. La phase aqueuse contenant un ou plusieurs métaux à cémenter peut être stockée dans un réservoir 102 à partir duquel la première cellule 300 est alimentée.

La salle de cémentation 100 comporte un réseau de distribution 104 du second métal de cémentation dans un flux gazeux, par exemple ΓΑΙ en poudre dans un flux d’azote gazeux. Le second métal de cémentation peut être stocké, par exemple dans un réservoir 105. Chaque cellule 300 est alors équippée d’une alimentation pneumatique pour doser pneumatiquement ce second métal de cémentation dans le milieu réactionnel pour effectuer la cémentation, par exemple la cémentation de cuivre. Un dosage adéquat de ΓΑΙ en poudre peut être réalisé dans chaque cellule par des régulateurs de débit, par exemple des vis sans fin 106. L’AI en poudre est donc soufflé dans une ou plusieurs cellules 300 par un soufflage 107 de gaz, par exemple, un flux d’azote gazeux.

En plus, la salle de cémentation 100 peut comprendre un pont roulant 101 conçu pour enlever les paniers des cellules, par exemple les paniers remplis d’un ou plusieurs céments. Dans une forme de réalisation particulière de l’invention, une colonne de quatre cellules est déchargée à la fois. Ainsi, 6 cycles de déchargement peuvent être obtenus par cellule et par jour.

La salle de cémentation 100 peut en outre comprendre des éléments pour traiter les produits finals du procédé de cémentation. Ainsi, un tank d’épuisement 108 peut être prévu pour contenir la dernière phase aqueuse. Les céments obtenus peuvent à leur tour être lavé dans une station de rinçage des céments 109, avant d’être déporté vers le stockage par un moyen de transport 110. Pour récupérer les fines des céments, par exemple de la dernière phase aqueuse, une pompe 111 peut faciliter le transport vers un moyen de filtration.

La salle de cémentation 100 peut en outre comprendre un plancher de travail 112 entre les rangées.

Comme la salle de cémentation est conçue pour opérer à l’échelle industrielle, ses dimensions sont appropriées à ce traitement de larges volumes de liquides. Dans une forme de réalisation particulière de l’invention, les dimensions présentées au tableau 1 sont envisagées:

Tableau 1.-

Dans une autre forme de réalisation particulière de l’invention, la salle de cémentation est configurée en quatre halls de seize cellules chacun, disposées par colonnes et rangées en cascade de quatre par quatre. Chaque hall est équipé d’un pont roulant (de ± 7,5 T). La salle est ainsi équipée de 64 cellules de cémentation, qui à raison d’une charge moyenne d’une tonne par panier et 6 cycles par jour, peut produire jusqu’à 112.128 tonnes. La production moyenne journalière est donc 307,2 tonnes.

Par exemple, pour une première phase aqueuse titrant 40g/l de Cu, le débit de la phase aqueuse par rangée est de 25m3/h. Contrairement à la salle de EW classique, le déchargement d’une salle de cémentation peut se faire 24 h/24h. La surface totale de la salle peut être ainsi établie à 65 m x 25 m = 1625m2.

On peut remarquer que la même salle peut produire deux fois sa capacité, c’est à dire 200.000 tonnes de cuivre par an, si on enrichit la solution à 50g/l Cu et qu’on augmente le débit des solutions à 35 m3/h. Ceci n’est possible que dans une salle de cémentation et pas en EW.

Comme on peut le voir aux figures 2A, 2B et 3, la cellule de cémentation 200 comprend une cuve 201 agencée pour contenir un milieu réactionnel 202.

En fonction des réactions à mettre en œuvre dans la cuve 201, celle-ci peut être en fibre de verre, en acier inoxydable, ou isolée électriquement de la phase aqueuse comme en acier au carbone, éventuellement protégé par un revêtement en résine anti-acide, ainsi que toutes les parties mobiles et statiques qui y sont présentes.

Dans une forme de réalisation particulière selon l’invention, la cuve 201 est alimentée par une alimentation 203 par le haut et vidée par une sortie 204 par le fond. La cuve 201 peut également être alimentée par le haut et vidée par le haut.

Dans une autre forme de réalisation avantageuse selon l’invention, la cellule de cémentation 200 comprend un panier 205 agencé pour être plongé au moins partiellement dans le milieu réactionnel. Le panier 205 est agencé pour recevoir l’au moins une alimentation pneumatique 206, par exemple par des ouvertures dans le fond du panier 207. Le panier 205 peut être perforé à trous fins 208, par exemple de 2 à 3 mm pour ne pas laisser passer les cristaux géants de cuivre. Le panier 205 peut être posé sur des assises 209, par exemple des assises fixes à l’intérieure de la cuve.

La salle de cémentation 100 est équipée de préférence d’une installation de distribution des phases aqueuses sur les différentes rangées. Les vannes-registres à l’entrée 212 et à la sortie 213 de chaque cellule 200 régulent le débit des solutions pour maintenir constant le niveau dans chaque cuve 201. Ce niveau est à ras du panier 205 tout en maintenant une garde de sécurité au niveau de la cuve 201. En cas de bouchage total du panier par les céments, celui-ci peut ainsi déborder sur les bords latéraux 203, 204, 212, 213 du panier dans la cuve, sans perte des solutions hors du circuit des cellules.

Le panier 205 comporte une surface 210 d’au moins un premier métal pour initier la cémentation du métal à cémenter par la croissance des cristaux du métal à cémenter sur la feuille de premier métal. Par exemple une feuille en cuivre 210 plus ou moins rugueuse, peut être placée dans le fond du panier 205 sur quatre pieds pour ne pas entraver la circulation de la solution.

Le panier 205 a des dimensions telles qu’il ne touche pas le fond et les parois de la cuve 201 pour laisser circuler la phase aqueuse au travers du panier. La phase aqueuse alimentée par le haut au travers d’un orifice 203 aménagé dans une paroi de la cuve, peut se déverser totalement dans le panier et peut être recueillie dans le fond de la cuve par la sortie 204 après avoir traversé le panier. La solution ainsi recueillie, alimente la cellule suivante. Le panier peut être muni des anses 211 qui peuvent être accrochées par le palonnier d’un pont roulant 101 (voire Fig. 1) pour le mettre en place ou l’évacuer de la cuve 201.

La cellule de cémentation 200 comprend en outre une alimentation 203 de ladite phase aqueuse contenant ledit au moins un premier métal en solution, pour alimenter l’au moins une première phase aqueuse dans le panier.

La cellule de cémentation 200 comprend au moins une alimentation pneumatique 206 d’au moins un second métal, reliée au panier 205 et traversant la cuve 201 de telle façon que l’alimentation pneumatique 206 est solidaire de la cuve et non du panier tout en aboutissant dans le panier. L’alimentation pneumatique comprend également un diffuseur expliqué plus en détail à la figure 4. Chaque cellule de cémentation de la cascade peut en outre être réglée au niveau du débit gazeux et à l’alimentation pneumatique dudit au moins un second métal par un moyen de régulation de débit 212, 213.

Les cellules de cémentation seront dimensionnées de telle sorte que la manipulation des paniers ne soit pas trop laborieuse et encombrant. La vitesse de traversée de la solution au travers du panier soit relativement faible pour ne pas entraîner hors du panier les nucléons avant leur croissance. Ainsi les cellules auront les dimensions extérieures suivantes présentées au tableau 2.

Tableau 2,-

Comme on peut le voir à la figure 4, l’alimentation pneumatique comporte au moins un diffuseur 400 qui comporte un clapet anti-retour 402 et un capuchon 403 étanche tournant autour du diffuseur et percé des trous excentrés. Les conduites d’alimentation 401 de poudre d’aluminium dans la cellule 200 traversent la cuve par des passages étanches et libèrent la poudre d’aluminium et le gaz d’agitation à mi-hauteur dans le panier. Ces conduites, à quatre par panier, sont disposées aux quatre coins du panier, un peu en retrait des parois de celui-ci. Le panier est lui-même pourvu des quatre trous 207 par où passent librement les conduites. Ces conduites-diffuseurs 400 (ou disperseur 400 de poudre d’aluminium) sont donc solidaires de la cuve et non du panier. Cette disposition permet de mettre en place et de retirer librement le panier de la cuve en le glissant le long des conduites-diffuseurs au travers des trous 207 aménagés dans le fond du panier et dimensionnés à cet effet.

L’invention se rapporte aussi à un procédé de cémentation qui est de préférence intégré dans un procédé de traitement particulièrement adapté pour les minerais de la république démocratique du Congo. Le procédé sera donc décrit en étant intégré dans le procédé global de traitement de minerai cupro-cobaltifère, sachant que ce dernier peut-être bien entendu mis en œuvre de manière séparée ou dans un autre procédé global de traitement de minerai en fonction des besoins. Le minerai riche en cuivre et cobalt subit donc tout d’abord, une lixiviation oxydante pour le cuivre et réductrice pour le cobalt 601 à partir de laquelle la phase aqueuse contenant le cuivre est séparée de la pulpe pour réaliser dans une étape ultérieure 602 une cémentation du cuivre sur l’aluminium. La phase aqueuse contenant le cuivre contient également du fer, du manganèse, du cobalt et du magnésium.

Après clarification de la solution de la lixiviation oxydante, le cuivre est produit par cémentation sur la poudre d’aluminium dans la salle de cémentation selon l’invention, suivant la réaction : 3Cu2+ + 2ΑΓ = 3Cu° + 2AI3+ 3CuS04 (aq) + 2AI°(S) = 3Cu°(S) + Al2(S04)3 (aq) AG0réact. 298 = - 278,73 Kcal AE°réact.298 = 2,014V.

Cette différence de potentiel du même ordre de grandeur que la tension industrielle aux bornes de la cellule d’EW de cuivre (Ua/c =1,9- 2,2V) permet donc, comme mentionné précédemment, de recueillir le cément cuivre sous forme de cristaux géants, d’épuiser la solution cémentée ( concentration finale de la solution <100 mg/l ). Ce qui correspond à une purification pour le cuivre par SX et d’assurer une cinétique de cémentation très rapide en milieu sulfurique.

Dès lors, lors de la cémentation du cuivre 602, le cuivre présent à un premier état d’oxydation (+1, +2) passe au deuxième état d’oxydation (0) au contact avec le deuxième métal plus électronégatif (par exemple l’aluminium) et précipite.

Le cuivre étant très électro-positif par rapport aux autres éléments présents dans la solution, il précipite seul sans contamination possible. Le faible excès d’aluminium est consommé par les réactions parasites telles que le couple Fe2+/Fe3+ et l’attaque acide. Pour éviter une précipitation simultanée de AI(OH)3, le pH de la solution est maintenu à pH = 2 - 2,5. On peut ainsi obtenir un cément cuivre titrant 99,9% Cu, après lavage poussé pour éliminer la solution sulfate imprégnante.

L’aluminium en poudre dosé est alimenté dans la cellule par transport pneumatique par l’azote gazeux qui sert en même temps de vecteur d’agitation de la solution dans la cellule.

Pour de raison de sécurité ( inflammabilité de l’aluminium en poudre ), on peut faire usage du nitrure d’aluminium (AIN) en poudre en lieu et place de l’aluminium. Mais dans ce cas ΔΕ0 baisse à ΔΕ0 = 1,285V. Les céments cuivre seront fondus pour être coulés en lingots.

Le cuivre solide est donc récupéré tandis que la phase aqueuse est encore traitée ultérieurement pour précipiter et éliminer les impuretés telles que le fer et le manganèse par oxydation par un mélange d’air et de S02 dans un réacteur approprié.

Le fer et le manganèse sont récupérés sous forme d’oxyde ou hydroxyde solide tandis que la phase aqueuse est encore traitée pour récupérer l’aluminium à l’étape 604. Cette étape comprend une neutralisation de la phase aqueuse avec une base pour précipiter de l’hydroxyde d’aluminium, le récupérer et ensuite le calciner pour former de l’alumine.

La phase aqueuse peut alors être traitée pour la récupération du cobalt, soit par précipitation 605, soit par cémentation 610.

La phase aqueuse est alors soumise à une oxydation, par exemple par un mélange gazeux air/S02 qui produit de l’oxyde cobaltique C02O3 à partir du Co(OH)3 obtenu à partir du sulfate de cobalt initialement présent dans la phase aqueuse. Le pH de la phase aqueuse est compris avantageusement entre 5 et 6, après neutralisation par ajout d’une solution ou suspension basique, par exemple par ajout de lait de magnésie pour ne pas polluer le précipité. Généralement, le nickel présent dans la phase aqueuse sous forme de trace ne sera pas oxydé avant le cobalt. Si la phase aqueuse contient plus de nickel, il y aura lieu d’ajouter une étape de purification préalable pour éliminer le nickel.

Le sel C02O3 est récupéré par décantation, filtration, lavage sur filtre-presse et est ensuite calciné et conditionné pour sa récupération.

La phase aqueuse épuisée substantiellement en cobalt est riche en magnésium. Les sels de magnésium, à forte concentration, sont généralement néfastes à l’environnement. Cette phase aqueuse est donc traitée par ajout d’une solution ou suspension basique, par exemple par ajout de calcaire ou lait de chaux qui permet la précipitation de Mg(OH)2 à pH de préférence > 10 (606). Le Mg(OH)2 solide présent à l’état d’oxydation +2 est récupéré et peut être réutilisé comme neutralisant dans la solution/suspension basique. Sinon, le Mg(OH)2 est rejeté séparément ou simultanément avec les rejets de lixiviation.

La phase aqueuse appauvrie en magnésium peut alors être traitée ultérieurement pour repulper les rejets solides ou le minerai à l’étape de lixiviation 601. Sinon, la phase aqueuse peut être à nouveau traitée en vue de la récupération d’uranium lorsqu’il est présent (607).

Si la phase aqueuse issue de l’étape de précipitation de l’aluminium 604 est traitée pour récupérer le cobalt par cémentation 610, éventuellement avec addition d’une solution/suspension basique, par exemple de lait de magnésie pour favoriser la cinétique de la réaction.

Le cobalt ainsi cémenté (éventuellement conjointement avec de l’aluminium et du magnésium) est ainsi récupéré et la phase aqueuse est alors traitée éventuellement pour précipiter l’hydroxyde d’aluminium 611 en présence d’une base avant de traiter les eaux résiduaires à l’étape 608.

L’hydroxyde cobaltique précipité à l’étape 605 peut être relixivié en milieu sulfurique et en présence de SO2. SO2 se présente, dans ce cas de relixiviation des précipités d’oxydes purs C02O3.XH2O, comme un réducteur non polluant pour la solution. En l’absence du couple d’oxydoréducrion Fe2+/Fe3+, la relixiviation des oxydes cobaltiques se fait suivant les réactions : 2[Co(OH)3]s + [S02]aq + [H2S04]aq = 2[CoS04]aq + 4[H20], 2[CoOOH]s + [S02]aq + [H2S04]aq = 2[CoS04]aq + 2[H20]| [C0304]s + [SÜ2]aq 2[H2S04]aq = 3[CoS04]aq + 2[H20]| [Co203]s + [S02]aq + [H2S04]aq = 2[CoS04]aq + [H20]|

Le cobalt relixivié de l’étape 609 peut après être cémenté 610 pour obtenir le cobalt métallique en très grande pureté.

Les eaux résiduaires sont ensuite également traitées 608 et neutralisées par le calcaire (filier) et le lait de chaux pour précipiter Mg(OH)2 à pH > 10. Après décantation et filtration, les eaux claires peuvent être recyclées dans le procédé. Après séparation solide/liquide, les solides, s’ils ne sont pas réutilisés comme neutralisant dans une autre étape du procédé, sont rejetés séparément ou en même temps que les rejets de lixiviation.

Il est bien entendu que la présente invention n’est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.

Claims

1. Salle de cémentation comprenant au moins une cellule de cémentation prévue pour réaliser une cémentation d’au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse au contact d’au moins un second métal à l’état solide, ladite au moins une cellule de cémentation comprenant : - une cuve agencée pour contenir un milieu réactionnel ; - un panier agencé pour être plongé au moins partiellement dans ledit milieu réactionnel; - une alimentation de ladite au moins une première phase aqueuse contenant ledit au moins un premier métal, pour alimenter ladite au moins une première phase aqueuse audit panier ; - au moins une alimentation pneumatique dudit au moins un second métal, traversant ladite cuve de telle façon que ladite au moins une alimentation pneumatique dudit au moins un second métal étant agencée pour mettre en contact ledit au moins un premier métal avec ledit au moins un second métal alimenté pneumatiquement ; et - une sortie d’au moins une seconde phase aqueuse substantiellement appauvrie en ledit au moins un premier métal et enrichie en ledit au moins un second métal, reliée à ladite cuve.

2. Salle de cémentation suivant la revendication 1 comprenant n cellules de cémentation dans laquelle une n-ième cellule de cémentation comprenant un n-ième panier est en série avec une (n-l)-ième cellule de cémentation de telle façon que la (n-l)-ième sortie d’une (n-l)-ième phase aqueuse substantiellement appauvrie en ledit au moins un premier métal et enrichie en ledit au moins un second métal de ladite (n-l)-ième cellule de cémentation soit reliée à la n-ième alimentation de la (n-l)-ième phase aqueuse pour alimenter ladite (n-l)-ième phase aqueuse audit n-ième panier de ladite n-ième cellule de cémentation.

3. Salle de cémentation suivant la revendication 1 ou 2 dans laquelle ladite au moins une alimentation pneumatique est solidaire de ladite cuve et non dudit panier tout en communiquant avec ledit panier.

4. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle ladite au moins une alimentation pneumatique est reliée à un réservoir dudit au moins un second métal communiquant avec une vis sans fin de dosage dudit au moins un second métal; et à une alimentation de gaz, ladite alimentation de gaz étant agencée pour amener ledit gaz à l’alimentation pneumatique où ledit au moins un second métal est dosé par ladite vis sans fin.

5. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans laquelle ladite au moins une alimentation pneumatique est reliée à au moins un diffuseur, ledit diffuseur étant solidaire de ladite cuve et engagé dans des orifices traversants prévus dans le fond du panier.

6. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 2 à 5 dans laquelle ladite au moins une alimentation pneumatique de la n-ième cuve est reliée, de préférence en parallèle, à l’alimentation pneumatique de la (n-1)-ième cuve, chaque alimentation pneumatique est reliée à un réservoir dudit au moins un second métal et communique avec une vis sans fin de dosage dudit au moins un second métal et à une alimentation d’azote gazeux agencée pour amener ledit azote gazeux à l’alimentation pneumatique où ledit au moins un second métal est dosé par ladite vis sans fin.

7. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle ledit au moins un premier métal est un métal de transition de la classification périodique des éléments chimiques, notamment le cuivre, le nickel, le cobalt, l'argent, l'or, le manganèse, le platine, sous forme d'oxyde ou de sel d'acide.

8. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans laquelle ledit au moins un second métal est un métal choisi dans le groupe consistant en l’aluminium, le nitrure d’aluminium, le magnésium, le fer, le zinc.

9. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 8 dans laquelle ledit gaz est de l’azote.

10. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle au moins une surface d’au moins un premier métal à l’état solide est présente dans une cuve réactionnelle.

11. Salle de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle ledit panier comprend au moins un moyen d’accrochage réciproque à un autre moyen d’accrochage agencés sur un pont roulant agencé pour retirer par le haut ledit panier de ladite cuve.

12. Procédé de cémentation d’au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse au contact d’au moins un second métal à l’état solide, ledit procédé comprenant : - une alimentation en ladite au moins une phase aqueuse contenant ledit au moins un premier métal dans au moins une première phase aqueuse dans une cuve; - une mise en contact dudit au moins un premier métal avec ledit au moins un second métal amené pneumatiquement dans ladite cuve; - une cémentation continue par la mise en série de n cuves dont la n-ième est alimentée par ladite (n-l)-ième phase aqueuse appauvrie en ledit au moins un premier métal et enrichie en ledit au moins un second métal solubilisé quittant la (n-l)-ième cuve dudit au moins un premier métal par consommation de l’énergie chimique interne de la réaction de cémentation en présence dudit au moins un second métal à l’état solide suivie d’un appauvrissement de ladite au moins une phase aqueuse en ledit au moins un premier métal et d’un enrichissement de ladite au moins une phase aqueuse en ledit au moins un second métal solubilisé ; et - une récupération dudit au moins un premier métal cémenté sous forme solide.

13. Procédé de cémentation suivant la revendication 12 dans lequel ledit au moins un premier métal est un métal de transition de la classification périodique des éléments chimiques, notamment le cuivre, le nickel, le cobalt, l'argent, l'or, le manganèse, le platine, sous forme d'oxyde, ou de sel d'acide.

14. Procédé de cémentation suivant la revendication 12 ou 13, dans laquelle ledit au moins un second métal est un métal du groupe consistant en l’aluminium, le nitrure d’aluminium, le magnésium, le fer, le zinc.

15. Procédé de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel ledit au moins un premier métal dans au moins une phase aqueuse provient d’une étape préalable de lixiviation.

16. Procédé de cémentation suivant l’une quelconque des revendications 12 à 15 dans lequel ledit au moins un second métal à l’état solide est alimenté pneumatiquement dans un flux d’azote gazeux.