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Procédé électrolytique d'extraction de métaux de leurs minerais.
Cette invention a pour objet un'procédé électrolytique. d'extraction de métaux de leurs minerais et plus spécialement du zino du genre des prooédés dans lesquels il est fait usage, pour la purifioation des solutions de sels de ces métaux, de sulfures de métaux qui sont moins nobles que les métaux à sé- parer par précipitation. Elle a pour but de procurer un prooé- dé d'extraction absolument méthodique et rationnel tant au point de vue de l'extraction du zino de ses minerais, sous for- me de solution, que de la purification de cette solution avant éleotrolyse de manière à réaliser un cycle d'opérations dans lequel les pertes sont réduites au minimum et limitées, en quelquesorte, au remplacement d'une certaine quantité d'eau.
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Dans ce but, le procédée objet de l'invention, consiste essentiellement à faire circuler en sens inverse, en vue d'une extraction méthodique et rationnelle, le minerai de zino et la solution acide, le minerai rencontrant, au fur et à mesure de son appauvrissement en zincs une solution de plus en plus acide et à soumettre ensuite la solution ainsi obtenue à une opération de purification réalisée en faisant passer la solution de zincs faiblement acide, sur du sulfure de zino de telle sorte que la solution la plus chargée d'impuretés rencontre du sulfure de zino de plus en plus pur, le zinc du sulfure étant déplacé par les métaux impurs à éliminer avant que la solution soit soumise à l'électrolyse.
Ce procédé est réalisé, en pratique, au moyen d'un appa- reil comportant des cuves à plusieurs compartiments dans les- quels peuvent être plongés des filtres, susceptibles de circu- ler dans ces compartiments, et au travers desquels les liquides tenant des matières en suspension et contenus dans les compar- timents, peuvent être aspirés de façon à former sur le filtre un gâteau, soit de minerai, pour l'extraction du zino) soit de sulfure de zino, pour la purification des solutions, de telle sorte que, par le passage des liquides traités au travers des filtres, les gâteaux formés sur ceux-ci sont progressivement épuisés.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on en décrira ci-après un exemple d'application en se référant au dessin ci- joint qui montre schématiquement la disposition de l'installa- tion.
Dans ce dessin, a et b désignent deux cuites munies d'un dispositif agitateur, dans lesquelles le minerai à traiter est mélangé à l'électrolytique. o désigne un premier appareil d'épuisement méthodique du minerai. Cet appareil de forme circulaire par exemple est divi- 'sé en quatre compartiments I, 2, 3, 4, dans lesquels peuvent être plongés des filtres à vide d portés par un support central
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e pourvu de conduits f permettant de créer une aspiration dans les filtres lorsqu'ils sont plongés dans les compartiments et sont déplacés dans ceux-ci par une rotation dans le sens inver- se des aiguilles d'une montre, cette rotation leur étant oommu- niquée par la rotation du support e.
g désigne un décanteur re- lié par une conduite à l'un des conduits f du aupport e, par exemple au conduit auquel est relié le filtre d se trouvant dans le compartiment 3 de l'appareil d'épuisement o. h désigne un réoipient destiné à recevoir, comme cela sera indiqué plus loin, les gâteaux détaohés des filtres d pour les amener à des appareils de séparation destinés à opérer la séparation des corps qui y sont contenus, puis à des filtres. i désigne un réservoir destiné à recevoir les eaux pro- venant du récipient h. j désigne une série de cuves reoevant la solution du déoan- teur g en vue de la soumettre à une première éleotrolyse desti- née à précipiter la majeure partie du cuivre, de l'antimoine de l'arsenic ainsi qu'un peu de nickel, de cobalt et de oadmium.
Ces cuves sont elles mêmes en relation aveo un appareil d'épu- ration k d'une construction analogue à l'appareil o mais divisé en un nombre double de compartiments numérotés I à 8 et dans leuels peuvent âtre plongés et déplaoés des filtres 1 raccordés à des conduits d'aspiration m ménagés dans le support rotatif n. o désigne un bac pour la préparation d'une solution de sulfure de zino destinée à être amenée dans le oompartiment 1 de l'appareil k. p désigne un décanteur relié au filtre contenu dans le oom- partiment 2 de l'appareil d'épuration k.
q désigne un appareil d'éleotrolyse muni d'anodes en plomb et de oathodes en nickel poli, en cuivre nickelé poli ou en gra- phite et utilisé pour précipiter le nickel et le oobalt) cet ap- pareil d'électrolyse est relié à un filtre presse r reoevant la solution provenant des bacs d'éleotrolyse q et renvoyant à
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,des baos d'éleotrolyse 8 munis également d'anodes en plomb tan- dis que les cathodes sont en aluminium ou en tôle d'acier inoxy- dable.
Ces bacs s sont en communication avec le compartiment 1 de l'appareil d'extraction o. t désigne une série de baos d'éleo- trolysa reliés par le conduit m au compartiment 6 de l'appareil k: ces bacs servent pour la précipitation du cadmium par le cou- rant. u désigne un appareil d'électrolyse analogue pour la pré- cipitation du cuivre.
Dans le dessin, les traits mixtes 9, 10, II et 12 désignent les tuyaux de circulation des solutions en voie d'enrichissement en zinc) 13, 14, 15, 16 désignent les conduites de circulation de la solution riche en voie d'épuration. 18, 19, 20 désignent les conduites de circulation de la solution riche en zino et pure. 21 et 22 désignent les conduites de circulation de la solu- tion de cadmium, 24 et 25 les conduites de circulation de la so- lution de cuivre, 26,27, 28 et 29 les conduites de circulation de la solution pauvre en zinc et riche en acier, 30 et 31 les conduites des eaux de lavage. Les différents appareils d'électro- lyse j, q, s, t et u sont reliés'par les conducteurs 32 et 33 à une canalisation 34.
L'installation décrite fonctionne de la manière suivante:
L'électrolyte contenant de 0,5 à 1 % d'acide sulfurique arrive d'une faQon continue par le tuyau 9 dans la cuve a où il est mélangé avec la minerai à traiter, par exemple de la blonde grillée, de la calamine, ou des oxydes de zino. Ce mélange passe par le tuyau 10 dans la cuve b où le minerai neutralise, pendant son séjour, la faible acidité de l'éleotrolyte. Le mélange passe ensuite dans le compartiment 3 de l'appareil o dans lequel se déplaoe, comme déjà dit, un filtre d. Ce filtre étant plongé dans ce compartiment le liquide est aspiré sous l'action de pom- pes d'extraction agissant dans le conduit correspondant f et est envoyé dans le décanteur g pour se débarasser des dernières par- ticules solides.
La solution olaire sortant du décanteur g passe à la purification ainsi que cela.sera indiqué plus loin.
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Par suite du passage du liquide au travers du filtre d dans le compartiment 3 de l'appareil c, le minerai se dépose sur oe filtre et en format-un gâteau. Lorsque le filtre atteint la cloison située entre les compartiments 2 et 3, il est soulevé et maintient alors le gâteau en place par le vide créé par l'as- piration. Simultanément ce gâteau s'assèohe. Il est composé du minerai en excès, d'oxydes de fer précipités dans les cuves a et b et d'une notable partie de l'arsenic et de l'antimoine préoipi tés sous forme dtarésniates et d'antimoniates de fer.
Au moment où le filtre passe au-dessus de la cloison sé- parant les compartiments 3 et 2, un jeu de valves automatiques met le filtre en communication avec une autre pompe d'extrao- tion et au moment où le filtre prend contact avec le liquide contenu dans le compartiment 2, ce liquide est aspiré au travers du gâteau et renvoyé par le tuyau 9 dans la cuve a. Le liquide contenu dans le compartiment 2 représente une solution à 6 % d'acide sulfurique libre et à 9 à 10% de zino.
Après passage au travers du gâteau, cette solution, en- voyée dans la cuve a, ne contient plus. comme déjà dit que 0,5 à 1% d'acide et 12 à 13% de zino. Quand le filtre passe en suite du compartiment 2 dans le compartiment 1, il vient en contact avec l'électrolyte venant des appareils d'éleotrolyse s par le tuyau 26) cet électrolyte ohauffé vers 65 , titre environ 12 % d'acide et environ 5 % de zinc,
Grâce à cette acidité relativement grande, l'éleotrolyte dissout tout le restant du zino oontenu dans le gâteau porté,par le filtre d circulant dans ce compartiment 1 et même celui à l'état de ferrite. Par le fait,du fer se dissout ainsi que beau- ooup d'impuretés.
Le sulfate ferrique sert à dissoudre par la suite du zino en se réduisant à l'état ferreux. Pour maintenir le fer à l'état ferrique on ajoute du minerai du peroxyde de manganèse à moins que le minerai en soit lui-même assez riche, Lorsque le filtre arrive dans le compartiment 4, on admet,
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dans le filtre, de l'air comprimé par le conduit f auquel ce filtre est raccordé. Sous l'action de cet air, le gâteau se détache, se colle sur des rouleaux enleveurs et est repris par de l'eau pour être envoyé dans le récipient h.
Dans ce récipient, il est amené à une consistance convenable pour être ensuite lavé sur des tables à secousses ou être enrichi par tout autre moyen en vue de récupérer le plomb, l'argent, des composés arsenicaux et antimonieux et des oxydes de fer.
Les parties solides sont séparées de l'eau contenant un peu de sulfate de zino par un ou plusieurs filtres comme cela est in- diqué schématiquement en 35. Les eaux sont renvoyées dans le ré- servoir i par le tuyau 30 et servent comme eaux d'apport en rem- placement des pertes.
La solution zinoique, amenée dans le décanteur g, par le tuyau II, contient à côté du zino, du cuivre, du cadmium, un peu d'arsenic, d'antimoine, de nickel et de oobalt. Cette solution étant neutre, passe par le tuyau 13 dans les bacs à électrolyse j, à fonds pointus où une première électrolyse précipite la majeure partie du cuivre, de l'antimoine, de l'arsenic et un peu de nickel, de cobalt et de cadmium.
La décharge des baos d'électrolyse j qui est une solution de sulfate de zino presque pure et pouvant avoir 0,1 à 0,2% d'a- oide sulfurique libre, passe par le tuyau 14 dans l'appareil de purification k dont le fonctionnement est identique à celui de l'appareil d'épuisement o. Dans le compartiment 1 de cet appareil k, on verse du sulfure de zino en suspension dans l'eau et venant du bao à sulfure o. Le filtre 1 se trouvant dans le compartiment 1 se charge ainsi d'une couche de sulfure de zino. Ce sulfure de zinc a été préparé en solution légèrement acide et avec une addi- tion de craie.
Lorsque le filtre 1, considéré, passe alors dans le compar- timent 2 de l'appareil d'épuisement k, il plonge dans le liquide venant du compartiment 3. Dans ce dernier compartiment il rencon- tre la liquide venant du compartiment 4 ainsi ue le montre sohé-
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matiquement le dessin, compartiment dans lequel s'effectue par le tuyau 15 la décharge du liquide' des bacs j ainsi que la dé- - charge des particules métalliques précipitées par le oourant dans ces bacs j.
La solution, en passant au travers de la couche de sulfu- re de zino formant gâteau sur le filtre, déplace le zino du sul- fure par les métaux impurs.
Comme déjà dit le filtre s'est couvert de sulfure de zino dans la compartiment 1 de l'appareil k tandis que l'eau est en- voyée dans le réservoir i. Dans le compartiment 2 le liquide est aspiré et purifié et envoyé par le tuyau 16 au décanteur p.
Dans le compartiment 3 le liquide aspiré est presque pur et il y a encore du sulfure de zino présent sur le filtre. Dans le com- partiment 4 le liquide aspiré est très impur mais la totalité du sulfure de zino est déplacée. Le liquide sortant du comparti- ment 2 peut contenir encore en suspension des traces de sulfure de oadmium.passant au travers du filtre. Il est, pour cette rai- son, refoulé dans le déoanteur p.
Le liquide sortant de ce décanteur n'est pas encore pur dans le cas où le minerai contient du nickel et du cobalt. Dans ce cas, la solution est mélangée à dé l'électrolyte pauvre pour porter l'acide à environ 6 - 8 % et cette solution est électro- lysée dans les bacs o à anodes en plomb et oathodes en niokel poli, en cuivre nickelé poli, ou en graphite, déjà mentionnées.
Ici le nickel et le oobalt se précipitent sans la zino du fait de la nature des oathodes. Au sortir des baos d'éleotrolyse q, la solution est pure et est envoyée par le tuyau 18 au travers du filtre presse r, puis dans les bacs d'électrolyse s où chaque bac a toujours la même concentration en zino ou en acide. Au sor- tir des appareils d'électrolyse s la solution qui contient 12 % d'acide sulfurique et 5 % de zino est renvoyée par la tuyau 26 au compartiment 1 de l'appareil d'épuisement o pour recommencer le cycle d'opérations.
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Entretemps, le filtre 1, continuant sa course dans l'ap-
5 parail d'épuration k, arrive dans le compartiment/de oet appa- reil où il est lavé par de l'eau qui est renvoyée par se tuyau 31 au réservoir i.
Dans le compartiment 6, le filtre aspire la solution aci- de et chaude venant de l'électrolyse du cadmium qui s'est effeo- tuée dans les baos de l'électrolyse t> cette solution s'enrichit en cadmium par son passage au travers du gâteau porté par le filtre et retourne par le tuyau 21 dans les bacs t où le cad- mium est précipité par le courant.
Dans le compartiment 7 de l'appareil k, les gâteaux sont lavés et dans le compartiment 8 le précipité est détaché du fil- tre par l'air comprimé et est traité en vue de l'extraction du cuivre. Ce métal est mis en solution en 36 et est récupéré par électrolyse dans les bacs électrolyseurs.u.
Si, par suite du traitement de minerais sulfatée il y a augmentation de la quantité d'acide totale, ce qui entraînerait une augmentation constante de la quantité de solution, on trai- te de préférence des calamines soit séparément soit en mélange avec les minerais grillés de façon à, neutraliser une partie de l'acide.
On remarquera que dans la procédé ci-dessus décrit, plus le minerai est appauvri en zino, plus la solution qui doit dis- soudre les restes de zino, est acide et chaude.
Grâce à cette méthode on obtient un rendement à la disso- lution voisin de 100 %.
L'addition de la craie ou d'un autre corps inerte au sul- fure de zinc à pour effet de faciliter la filtration par le dé- gagement d'un-gaz inerte tel que l'acide carbonique et donne une pureté de solution qui est inégalée dans les autres procé- dés en usage jusqu'ici. La quantité de zinc employée correspond exactement, sans excès, aux impuretés à déplacer. D'autre part, l'épuration électrolytique, pour le cobalt et le nickel; au
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,,moyen d'un électrolyte suffisamment aoide et en employant des oathodes en nickel poli, nickelées ou en graphite, empêche tou- te perte en zinc.
L'emploi des oathodes en tôle d'acier inoxy- dable offre de son côté l'avantage d'un dépôt de zinc plus ré- gulier qu'avec l'aluminium; il facilite le dépôt dans le cas de traces de cobalt ou de nickel dans la solution et le rende- ment du courant est particulièrement élevé.
Enfin la circulation de l'électrolyte de faon à ce que chaque bac soit dans les mêmes conditions d'acidité et de oonoen tration, donne un rendement maximum et permet d'une façon simple la mise hors service d'un bac.
Suivant une variante de réalisation de l'invention on pour- rait, dans oertains cas envoyer le mélange de minerais et de li- quide ou de sulfure et de solution dans un décanteur de façon à épaissir le mélange à filtrer et à laisser passer les solutions claires directement dans la fabrication.
Dans ce qui précède, on a décrit le procédé, objet de l'in- vention dans son application au traitement du zino. Il est évi- dent toutefois que le même procédé peut également être appliqué à l'extraction d'autres métaux par exemple à la préparation de fer électrolytique à condition de remplacer le sulfure de zinc par le sulfure du métal traité.