CA1157279A - Procede et dispositif de traitement hydrometallurgique des poussieres metallurgiques - Google Patents
Procede et dispositif de traitement hydrometallurgique des poussieres metallurgiquesInfo
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- CA1157279A CA1157279A CA000353955A CA353955A CA1157279A CA 1157279 A CA1157279 A CA 1157279A CA 000353955 A CA000353955 A CA 000353955A CA 353955 A CA353955 A CA 353955A CA 1157279 A CA1157279 A CA 1157279A
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Abstract
Procédé et dispositif de traitement hydrométallurgique des poussières métallurgiques par lixiviation acide suivie d'une séparation solide-liquide. L'invention se caractérise en ce que la phase de lixiviation s'opère par attaque acide modérée (pH de fin de réaction voisin de 4 ou 5) et en ce que l'on effectue une étape supplémentaire de séparation solidesolide soit avant l'opération solide-liquide, soit après. L'invention s'applique à toutes les poussières issues des traitements des métaux, notamment les poussières sidérurgiques et, en particulier, celles des hauts fourneaux dont elle permet la séparation et la récupération des éléments utiles qui y sont contenus, comme le fer, le zinc et le plomb.
Description
1 1~i7~79 La présente invention concerne le traitement hydro-métallurgique des poussières métallurgiques, par lixiviation en vue de la séparation et de la récupération des éléments utiles qui y sont contenus, à savoir le zinc, le plomb ou le fer.
Le traitement hydrométallurgi~ue des poussières métallurgiques et, plus particuliarement sidérurgiques, par lixiviation généralement à l'acide sulfurique a rencontré
jusqu'ici deux types de difficultés~
La première est la mise en solution d'une partie du fer qui conduit à une consommation élevée d'acide et fournit, après séparation solide-liquide, un filtrat où le zinc, en présence de fer plus électronégatif, pose des problames de récupération par électrolyse. La seconde est due au fait que le sulfate de plomb formé pendant l'attaque acide est insoluble et se retrouve ainsi dans la charge solide mélangé au fer, apres séparation solide-liquide et pose alors un problème de réemploi, notamment en sidérurgie.
Le but de la présente invention est de proposer une solution à ces difficultés~
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement hydrométallurgique des poussières métallurgiques par lixiviation dans un solvant acide, généralement l'acide sulfurique, suivie d'une séparation solide-liquide. La lixi-viation s'opère par attaque acide modérée, c'est-à-dire que le pH de la solution voisine de préférence 4 ou 5 en fin de réaction, et on effectue sur la fraction solidè obtenue une étape supplémentaire de séparation solide-solide, par exemple par classification granulométrique ou par floculation-décantation sélective.
Cette étape peut etre située, conformément à deux ~ 15~7~
variantes distinctes de l'invention, soit de fa~con lntermé-diaire entre la phase de lixiviation et la phase de séparation liquide-solide, soit après cette dernière, laquelle est alors complétée par un répulpage, par exemple aqueux, de la fraction solide.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comprenant en série un lixi~iateur ou bac de lixiviation, un séparateur solide-liquide et un séparateur solide-solide.
Conformément à deux formes possibles de réalisation du dispositif, appropriées respectivement aux deux variantes de mise en oeuvre du procédé, l'agencement des éléments cons-titutifs du dispositif, par rapport à l'ordre des opérations successives du traitement des poussières, présente soit la séquence lixiviateur, séparateur solide-solide, séparateur solide-liquide, soit la séquence lixiviateur, séparateur solide-liquide, séparateur solide-solide.
Comme on le comprend, l'invention consiste donc, dans ses caractéristiques fondamentales:
- à effectuer une attaque acide modérée sur les poussières, ce qui permet de transformer en sels les oxydes de zinc et de plomb, ainsi qu'éventuellement à réduire ces élé-ments sous forme métallique, et ceci sans toucher sensiblement au fer. A cette fin, le pH de la solution en fin de réaction ne doit pas être inférieur à environ 4 ou 5. En principe, tous les acides minéraux conviennent dans la mesure ou ils procurent une mise en solution du zinc mais non du plomb, ce qui exclut en particulier l'acide nitrique. On sait que, dans le domaine de l'hydrométallurgie du zinc, c'est l'acide sulfurique qui s'est imposé. De même, dans le cadre de l'invention, l'acide utilisé est de préférence l'acide sulfurique et sera considéré
comme tel dans la suite, sauf indications contraires.
1 1~7~7~
- à effectuer ensuite sur le produit obtenu une séparation solide-solide ou exprimé différemment, une sépara-tion solide-liquide imparfaite. En effet, si la séparation solide-liquide du produit issu de l'attaque acide est effectuée de fa~on parfaite (clarificateur ou filtre), le sulfate de plomb res-te avec le solide non attaqué. Conformément à l'in-vention, une séparation imparfaite extrait le sulfate de plomb du solide en partageant le mélange initial en deux phases:
une phase pulpeuse épaisse constituée essentiellement par le solide non attaqué et une phase liquide contenant le sulfate en suspension. Cette séparation solide (pulpe) solide (en suspension) peut s'effectuer par les techniques industrielles habituelles, comme la floculation sélective qui procure une décantation préférentielle d'une espèce par rapport à l'autre.
Cependant, si les espèces à séparer sont déjà bien différenciées physiquement dans le liquide, comme c'est le cas du sul-fate de plomb qui se présente sous forme très divisée, ou du moins sensiblement plus divisée que le solide non attaqué, on fera appel de préférence à la technique de séparation granulométri-que hymide, par exemple au moyen d'un hydrocyclonage habituel,ou toute autre technique appropriée à une telle fonction (hydrosizer, tamis, etc...). On a vu que, conformément à une variante de l'invention, la séparation solide-solide peut s'effectuer non plus sur le mélange solide-solution acide initiale, mais sur un produit reconditionné obtenu après une étape intermédiaire de séparation parfaite du mélange initial et de traitement du résidu solide par de l'eau d'appoint pour en faire une pulpe apte à subir la classification humide.
Les avantages et inconvénients respectifs des variantes de réalisation seront brièvement exposés par la suite.
Il doit être compris auparavant que l'expression précédemment '' "~s ~ ~ ~7~7~
utilisée "séparation solide liquide" (ou "séparateur solide-liquide"~ signifie bien entendu, en l'absence de précision complémentaire, une séparation solide-liquide parfaite, c'est-à-dire une opération destinée à procurer un liquide clair.
Selon la pratique industrielle courante, une telle opération consiste en une décantation suivie éventuellement d'une fil-tration de la pulpe décantée et complétée le cas échéant par une recirculation du filtrat au niveau de l'opération de décantation.
On va maintenant décrire plus en détails deux exem-ples de mise en oeuvre de l'invention en .se référant aux planches de dessins annexées sur lesquelles:
- la figure 1 est un schéma de principe du traite-ment des boues de haut fourneau sidérurgique selon la variante consistant à réaliser la séparation solide-solide directement après la lixiviation, - la figure 2 est également un schéma de principe du traitement des boues de hauts fourneaux mais selon la variante consistant à effectuer la séparation solide-solide après l'étape intermédiaire de séparation solide-liquide.
Sur les deux figures, les mêmes phases ou étapes du traitement sont désignées par des références identiques. La description est effectuée conformément à l'ordre chronologique des opérations de traitement.
Comme on le voit sur la figure 1, les boues de haut fourneau récupérées à la suite du dépoussiérage des fumées du gueulard, sont traitées à l'acide sulfurique dans une phase initiale de lixiviation référencée en 1. Un apport d'eau d'appoint peut être nécessaire pour diluer l'acide, notamment lorsque celui-ci est utilisé à forte concentration ou même pur (36N). Conformément à l'invention, l'attaque acide doit être ~ . , .
~ 157279 "modérée", c'est-à-dire que le pH de la solution en fin de réaction ne doit pas etre lnférieur à 4 ou 5 environ.
Le contrôle du p~I de fln de réaction se fait de la manière habituelle par un pH mètre ou, de fa~on plus rudimen-taire, au moyen d'un "papier tournesol", ou de toute autre manlere.
Dans ces conditions, le fer et ses composés contenus dans les boues ne sont pratiquement pas attaqués et seuls le zinc et le plomb, présents sous forme oxydée, se transforment en sulfate.
Le résultat de la lixiviation 1 est donc un mélange solide-liquide, le solide étant constitué essentiellement par le fer (et ses composés) et par le sulfate de plomb insoluble qui, formé au cours de la réaction, se présente donc sous forme très divisée par rapport au fer, le liquide étant la solution acide de sulfate de zinc.
Ce mélange est alors soumis à une séparation solide-solide, effectuée en 2 par classification granulométrique, destinée à séparer les petites particules de sulfate de plomb des fragments ferrifères plus grossiers. Cette opération de classification peut aisément être réalisée par un ~ydrocyclo-nage classique dont le seuil de séparation granulométrique est réglé en conséquence~ On recueille à la sortie deux types de mélange solide~liquide séparés: la "sous-verse" constituée d'une pulpe ferrifère contenant une faible partie de la solu-tion acide initiale de sulfate de zinc, la "surverse" composée d'une suspension des particules de sulfate de plomb dans la solution de sulfate de zinc qui se retrouvent ici en quasi-- totalité.
La sous-verse, référencée (a) sur les fi~ures, et la sur-verse, référencée (b), sont alors traitées chacune dans '..~
~ .
,, 1 1 ~7279 une phase de séparatlon solide-liquide représentée en traits dlscontinus et désignées respectivement par 3 et 3'. Ces phases 3 et 3' sont identiques entre elles et comprennent, de la maniere habituelle, deux étages de traitement successifs, un étage de décantation 4 (respect:ivement 4') suivi d'un étage de filtration 5 (respectivement 5') avec recyclage du filtrat, référencé (c) et (c'), dcms l'étage de décantation.
On obtient à la sortie de chacun des deux étages de décan-ta-tion 4 et 4' une fraction de la solution acide initiale de sulfate de zinc que l'on réunit en une solution uni~ue (e).
On recueille par ailleurs à la sortie de l'étage de filtration 5 un gateau ferrifère (f) et à la sortie de l'étage de filtration S'un gateau de sulfate de plomb (g).
La solution de zinc (e) peut avoir de multiples destinations, par exemple servir à la fabrication de sulfates destinés à 1'agriculture, ou d'oxydes pour les peintures, ou, comme le montre la figure, etre traitée dans un bac a élec-trolyse schématisée en 6 pour la récupération du zinc sous forme métallique après purification.
Le plomb récupéré dans le gâteau (g) peut trouver un débouché notamment en métallurgie non ferreuse.
Enfin, le fer contenu dans le gateau (f) peut être recyclé en sidérurgie.
Le schéma de traitement représenté sur la figure 2 se distingue du précédent par la présence d'une phase de séparation solide-liquide 7 intermédiaire entre la lixiviation 1 et la classification granulométrique 2. Cette phase 7 se compose, de la façon classique, déjà rappelée plus haut, d'un étage de décantation désigné par 8, suivi d'un étage de fil-tration 9 dont le filtrat (h) est recirculé en 8.
Cette variante de réalisation du procédé selon .~ , 1 1 ~7279 l'invention présente par rapport à celle décrite précédernment les particularités essentielles qui VOI~t suivre. La solution acide de sulfate de zinc (e) est extraite de l'étage de décan-tation 8, donc très tôt au cours clu processus de traitement, avant l'opération de classificatic\n granulométrique 2. Ceci a notamment pour conséquence:
- d'une part, qu'il est nécessaire de repulper le gâteau de filtration issu de l'étage 9 avant de procéder à la séparation des fragments ferriferes des particules de sulfate de plomb dans la phase de classification granulométrique 2.
Ce repulpage, symbolisé en 10 sur la fiqure peut se Eaire par toute méthode connue, par exemple, par adjonction d'eau, - d'autre part, que les opérations de séparation solide-liquide 3 et 3' en aval de la classification granulo-métrique 2, ne sont plus impératives pour l'obtention du résultat recherché par la présente invention. Elles ne pré-sentent qu'un caractère facultatif selon que l'on souhaite ou non récupérer le fer ~et le plomb) en suspension aqueuse. A
cet égard, l'opération éventuelle de séparation solide-liquide 3 c'est-à-dire, celle traitant la "sous-verse" ferrifère (a) peut se limiter au premier étage de décantation 4 puisque la pulpe aqueuse ainsi recueillie peut avantageusement etre recyclée sur une chaîne d'agglomération des minéraux sans risque de pollution par le ~inc ou le plomb.
L'option de l'une ou de l'autre variante de réali-sation qui viennent d'etre décrites, est bien entendu laissée au libre choix de l'utilisateur, qui l'effectuera en fonction de ses propres souhaits ou nécessités et en tenant compte de leurs avantages respectifs, lesquels peuvent etre brièvement rappelés de la fa~con suivante:
Variante de réalisation selon le schéma fonctionnel de la fiqure 1.
l 1~7279 L'attaque à l'acide sulfurique, opérée dans la phase initiale de lixiviation modérée 1 étant exothermique, les conditions dans lesquelles s'opare la classification granulo-métrique 2 qui suit i.mmédiatement sont dès lors, comme on le sait, améliorées.
Les opérations de décantation peuvent être accélérées par adjonction d'un floculant qui favorise l'agglomération des particules entre elles, dans la mesure où cette dernière ne nuit pas à l'étage de classification granulométrique qui les précède.
Cet avantage di.sparaît lorsque la séparation solide-].iquide intervient entre la phase de lixiviation et la classification granulométrique.
Variante de réalisation selon le schéma fonctionnel de la fiqure 2.
~ e repulpage aqueux 10 à la sortie de l'étage inter-médiaire 7 de séparation solide-liquide permet d'ajuster la proportion du solide à une valeur optimale pour l'opération ultérieure de classification granulométrique. On peut ainsi travailler dans des conditions optimales de l'hydxocyclonage notamment.
De façon plus générale, on se trouve, au niveau de la classification granulométrique 2, dans une situation totalement indépendante de ce qui précède, donc présentant une grande souplesse d'action, puisque la solution acide de sulfate de zinc a déjà été extraite et que l'on ne risque plus, par exemple, d'abaisser la concentration en zinc lors de l'adjonc-tion de l'eau de répulpage.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée par . les exemples décrits.
En ce qui concerne les produits pouvant être traités, l'invention est d'application générale à toutes les poussières
Le traitement hydrométallurgi~ue des poussières métallurgiques et, plus particuliarement sidérurgiques, par lixiviation généralement à l'acide sulfurique a rencontré
jusqu'ici deux types de difficultés~
La première est la mise en solution d'une partie du fer qui conduit à une consommation élevée d'acide et fournit, après séparation solide-liquide, un filtrat où le zinc, en présence de fer plus électronégatif, pose des problames de récupération par électrolyse. La seconde est due au fait que le sulfate de plomb formé pendant l'attaque acide est insoluble et se retrouve ainsi dans la charge solide mélangé au fer, apres séparation solide-liquide et pose alors un problème de réemploi, notamment en sidérurgie.
Le but de la présente invention est de proposer une solution à ces difficultés~
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement hydrométallurgique des poussières métallurgiques par lixiviation dans un solvant acide, généralement l'acide sulfurique, suivie d'une séparation solide-liquide. La lixi-viation s'opère par attaque acide modérée, c'est-à-dire que le pH de la solution voisine de préférence 4 ou 5 en fin de réaction, et on effectue sur la fraction solidè obtenue une étape supplémentaire de séparation solide-solide, par exemple par classification granulométrique ou par floculation-décantation sélective.
Cette étape peut etre située, conformément à deux ~ 15~7~
variantes distinctes de l'invention, soit de fa~con lntermé-diaire entre la phase de lixiviation et la phase de séparation liquide-solide, soit après cette dernière, laquelle est alors complétée par un répulpage, par exemple aqueux, de la fraction solide.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comprenant en série un lixi~iateur ou bac de lixiviation, un séparateur solide-liquide et un séparateur solide-solide.
Conformément à deux formes possibles de réalisation du dispositif, appropriées respectivement aux deux variantes de mise en oeuvre du procédé, l'agencement des éléments cons-titutifs du dispositif, par rapport à l'ordre des opérations successives du traitement des poussières, présente soit la séquence lixiviateur, séparateur solide-solide, séparateur solide-liquide, soit la séquence lixiviateur, séparateur solide-liquide, séparateur solide-solide.
Comme on le comprend, l'invention consiste donc, dans ses caractéristiques fondamentales:
- à effectuer une attaque acide modérée sur les poussières, ce qui permet de transformer en sels les oxydes de zinc et de plomb, ainsi qu'éventuellement à réduire ces élé-ments sous forme métallique, et ceci sans toucher sensiblement au fer. A cette fin, le pH de la solution en fin de réaction ne doit pas être inférieur à environ 4 ou 5. En principe, tous les acides minéraux conviennent dans la mesure ou ils procurent une mise en solution du zinc mais non du plomb, ce qui exclut en particulier l'acide nitrique. On sait que, dans le domaine de l'hydrométallurgie du zinc, c'est l'acide sulfurique qui s'est imposé. De même, dans le cadre de l'invention, l'acide utilisé est de préférence l'acide sulfurique et sera considéré
comme tel dans la suite, sauf indications contraires.
1 1~7~7~
- à effectuer ensuite sur le produit obtenu une séparation solide-solide ou exprimé différemment, une sépara-tion solide-liquide imparfaite. En effet, si la séparation solide-liquide du produit issu de l'attaque acide est effectuée de fa~on parfaite (clarificateur ou filtre), le sulfate de plomb res-te avec le solide non attaqué. Conformément à l'in-vention, une séparation imparfaite extrait le sulfate de plomb du solide en partageant le mélange initial en deux phases:
une phase pulpeuse épaisse constituée essentiellement par le solide non attaqué et une phase liquide contenant le sulfate en suspension. Cette séparation solide (pulpe) solide (en suspension) peut s'effectuer par les techniques industrielles habituelles, comme la floculation sélective qui procure une décantation préférentielle d'une espèce par rapport à l'autre.
Cependant, si les espèces à séparer sont déjà bien différenciées physiquement dans le liquide, comme c'est le cas du sul-fate de plomb qui se présente sous forme très divisée, ou du moins sensiblement plus divisée que le solide non attaqué, on fera appel de préférence à la technique de séparation granulométri-que hymide, par exemple au moyen d'un hydrocyclonage habituel,ou toute autre technique appropriée à une telle fonction (hydrosizer, tamis, etc...). On a vu que, conformément à une variante de l'invention, la séparation solide-solide peut s'effectuer non plus sur le mélange solide-solution acide initiale, mais sur un produit reconditionné obtenu après une étape intermédiaire de séparation parfaite du mélange initial et de traitement du résidu solide par de l'eau d'appoint pour en faire une pulpe apte à subir la classification humide.
Les avantages et inconvénients respectifs des variantes de réalisation seront brièvement exposés par la suite.
Il doit être compris auparavant que l'expression précédemment '' "~s ~ ~ ~7~7~
utilisée "séparation solide liquide" (ou "séparateur solide-liquide"~ signifie bien entendu, en l'absence de précision complémentaire, une séparation solide-liquide parfaite, c'est-à-dire une opération destinée à procurer un liquide clair.
Selon la pratique industrielle courante, une telle opération consiste en une décantation suivie éventuellement d'une fil-tration de la pulpe décantée et complétée le cas échéant par une recirculation du filtrat au niveau de l'opération de décantation.
On va maintenant décrire plus en détails deux exem-ples de mise en oeuvre de l'invention en .se référant aux planches de dessins annexées sur lesquelles:
- la figure 1 est un schéma de principe du traite-ment des boues de haut fourneau sidérurgique selon la variante consistant à réaliser la séparation solide-solide directement après la lixiviation, - la figure 2 est également un schéma de principe du traitement des boues de hauts fourneaux mais selon la variante consistant à effectuer la séparation solide-solide après l'étape intermédiaire de séparation solide-liquide.
Sur les deux figures, les mêmes phases ou étapes du traitement sont désignées par des références identiques. La description est effectuée conformément à l'ordre chronologique des opérations de traitement.
Comme on le voit sur la figure 1, les boues de haut fourneau récupérées à la suite du dépoussiérage des fumées du gueulard, sont traitées à l'acide sulfurique dans une phase initiale de lixiviation référencée en 1. Un apport d'eau d'appoint peut être nécessaire pour diluer l'acide, notamment lorsque celui-ci est utilisé à forte concentration ou même pur (36N). Conformément à l'invention, l'attaque acide doit être ~ . , .
~ 157279 "modérée", c'est-à-dire que le pH de la solution en fin de réaction ne doit pas etre lnférieur à 4 ou 5 environ.
Le contrôle du p~I de fln de réaction se fait de la manière habituelle par un pH mètre ou, de fa~on plus rudimen-taire, au moyen d'un "papier tournesol", ou de toute autre manlere.
Dans ces conditions, le fer et ses composés contenus dans les boues ne sont pratiquement pas attaqués et seuls le zinc et le plomb, présents sous forme oxydée, se transforment en sulfate.
Le résultat de la lixiviation 1 est donc un mélange solide-liquide, le solide étant constitué essentiellement par le fer (et ses composés) et par le sulfate de plomb insoluble qui, formé au cours de la réaction, se présente donc sous forme très divisée par rapport au fer, le liquide étant la solution acide de sulfate de zinc.
Ce mélange est alors soumis à une séparation solide-solide, effectuée en 2 par classification granulométrique, destinée à séparer les petites particules de sulfate de plomb des fragments ferrifères plus grossiers. Cette opération de classification peut aisément être réalisée par un ~ydrocyclo-nage classique dont le seuil de séparation granulométrique est réglé en conséquence~ On recueille à la sortie deux types de mélange solide~liquide séparés: la "sous-verse" constituée d'une pulpe ferrifère contenant une faible partie de la solu-tion acide initiale de sulfate de zinc, la "surverse" composée d'une suspension des particules de sulfate de plomb dans la solution de sulfate de zinc qui se retrouvent ici en quasi-- totalité.
La sous-verse, référencée (a) sur les fi~ures, et la sur-verse, référencée (b), sont alors traitées chacune dans '..~
~ .
,, 1 1 ~7279 une phase de séparatlon solide-liquide représentée en traits dlscontinus et désignées respectivement par 3 et 3'. Ces phases 3 et 3' sont identiques entre elles et comprennent, de la maniere habituelle, deux étages de traitement successifs, un étage de décantation 4 (respect:ivement 4') suivi d'un étage de filtration 5 (respectivement 5') avec recyclage du filtrat, référencé (c) et (c'), dcms l'étage de décantation.
On obtient à la sortie de chacun des deux étages de décan-ta-tion 4 et 4' une fraction de la solution acide initiale de sulfate de zinc que l'on réunit en une solution uni~ue (e).
On recueille par ailleurs à la sortie de l'étage de filtration 5 un gateau ferrifère (f) et à la sortie de l'étage de filtration S'un gateau de sulfate de plomb (g).
La solution de zinc (e) peut avoir de multiples destinations, par exemple servir à la fabrication de sulfates destinés à 1'agriculture, ou d'oxydes pour les peintures, ou, comme le montre la figure, etre traitée dans un bac a élec-trolyse schématisée en 6 pour la récupération du zinc sous forme métallique après purification.
Le plomb récupéré dans le gâteau (g) peut trouver un débouché notamment en métallurgie non ferreuse.
Enfin, le fer contenu dans le gateau (f) peut être recyclé en sidérurgie.
Le schéma de traitement représenté sur la figure 2 se distingue du précédent par la présence d'une phase de séparation solide-liquide 7 intermédiaire entre la lixiviation 1 et la classification granulométrique 2. Cette phase 7 se compose, de la façon classique, déjà rappelée plus haut, d'un étage de décantation désigné par 8, suivi d'un étage de fil-tration 9 dont le filtrat (h) est recirculé en 8.
Cette variante de réalisation du procédé selon .~ , 1 1 ~7279 l'invention présente par rapport à celle décrite précédernment les particularités essentielles qui VOI~t suivre. La solution acide de sulfate de zinc (e) est extraite de l'étage de décan-tation 8, donc très tôt au cours clu processus de traitement, avant l'opération de classificatic\n granulométrique 2. Ceci a notamment pour conséquence:
- d'une part, qu'il est nécessaire de repulper le gâteau de filtration issu de l'étage 9 avant de procéder à la séparation des fragments ferriferes des particules de sulfate de plomb dans la phase de classification granulométrique 2.
Ce repulpage, symbolisé en 10 sur la fiqure peut se Eaire par toute méthode connue, par exemple, par adjonction d'eau, - d'autre part, que les opérations de séparation solide-liquide 3 et 3' en aval de la classification granulo-métrique 2, ne sont plus impératives pour l'obtention du résultat recherché par la présente invention. Elles ne pré-sentent qu'un caractère facultatif selon que l'on souhaite ou non récupérer le fer ~et le plomb) en suspension aqueuse. A
cet égard, l'opération éventuelle de séparation solide-liquide 3 c'est-à-dire, celle traitant la "sous-verse" ferrifère (a) peut se limiter au premier étage de décantation 4 puisque la pulpe aqueuse ainsi recueillie peut avantageusement etre recyclée sur une chaîne d'agglomération des minéraux sans risque de pollution par le ~inc ou le plomb.
L'option de l'une ou de l'autre variante de réali-sation qui viennent d'etre décrites, est bien entendu laissée au libre choix de l'utilisateur, qui l'effectuera en fonction de ses propres souhaits ou nécessités et en tenant compte de leurs avantages respectifs, lesquels peuvent etre brièvement rappelés de la fa~con suivante:
Variante de réalisation selon le schéma fonctionnel de la fiqure 1.
l 1~7279 L'attaque à l'acide sulfurique, opérée dans la phase initiale de lixiviation modérée 1 étant exothermique, les conditions dans lesquelles s'opare la classification granulo-métrique 2 qui suit i.mmédiatement sont dès lors, comme on le sait, améliorées.
Les opérations de décantation peuvent être accélérées par adjonction d'un floculant qui favorise l'agglomération des particules entre elles, dans la mesure où cette dernière ne nuit pas à l'étage de classification granulométrique qui les précède.
Cet avantage di.sparaît lorsque la séparation solide-].iquide intervient entre la phase de lixiviation et la classification granulométrique.
Variante de réalisation selon le schéma fonctionnel de la fiqure 2.
~ e repulpage aqueux 10 à la sortie de l'étage inter-médiaire 7 de séparation solide-liquide permet d'ajuster la proportion du solide à une valeur optimale pour l'opération ultérieure de classification granulométrique. On peut ainsi travailler dans des conditions optimales de l'hydxocyclonage notamment.
De façon plus générale, on se trouve, au niveau de la classification granulométrique 2, dans une situation totalement indépendante de ce qui précède, donc présentant une grande souplesse d'action, puisque la solution acide de sulfate de zinc a déjà été extraite et que l'on ne risque plus, par exemple, d'abaisser la concentration en zinc lors de l'adjonc-tion de l'eau de répulpage.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée par . les exemples décrits.
En ce qui concerne les produits pouvant être traités, l'invention est d'application générale à toutes les poussières
2 ~ 9 sidérurgiques et les plus généralement métallurgiques, dans la mesure où elles contiennent des éléments utiles tels que le zinc, le plomb, le fer... et ceci quel que soit leur état hygrométrique (poussières sèches ou humides déj~ sous forme de pulpe aqueuse), ou leur origine (poussières de hauts four-neaux sidérurgiques, de fours de conversion de la fonte, de fours électriques, et~...) ou de t:out autre dispositi~ de traitement des métaux ferreux ou non.
Toutefois, dans le domaine sidérurgique, l'invention est d'application pré~érentielle aux poussières de hauts four-neaux. En effet, dans les poussières d'aciérie, le fer et le zinc peuvent être associés en ferrites (ZnO-Fe2O3). La dissolution complète du zinc implique une cassure de la structure ferritique, qui s'obtient généralement par attaque acide forte, responsable du passage du fer en solution.
Au contraire, dans le cas des poussières de hauts fourneaux, le zinc n'est pas lié au fer et se présente essen-tiellement sous forme oxydée (ZnO). La dissolution complète du zinc, pouvant alors s'effectuer par attaque acide modérée, présente ainsi un caractère sélectif et n'affecte pas sensible-ment le fer.
A titre indicatif, des essais ont été effectués à
; partir de boues de hauts fourneaux contenant, en poids, 14% de fer, 15% de zinc et 4% de plomb et traitées conformément à la première variante du procédé selon l'invention.
Ces boues ont d'abord ét~ trait~es à l'acide sulfu-rique à raison de 37 g dlH2SO4 pur (36N) dilué avec 0,5 l d'eau environ pour 100 g de boues à traiter. Le traitement de lixiviation a duré 25 min.jusqu'à l'obtention d'un pH de 4,5 La classification granulométrique ultérieure s'est opérée par hydrocyclonage dont le seuil de coupure a ét~ réglé
g_ , ,, ~ ~57~79 à 20 ~m environ.
Les résultats obtenus sont consiynés dans Le tableau ci-dessous.
La première ligne concerne le produit initial à
traiter.
La seconde ligne concerne le résldu d'attaque à la fin de la phase de lixiviation. Les deux dernières lignes concernent le produit après ~lassification granulométrique et se rapportent respectivement aux fractions granulométriques supérieures à 20,um "sous-verse" (a) et inférieure "sur-verse"
(b).
La pre~lière colonne indique les quantités pondérales ramenées à 100 g de produit initial, les trois colonnes suivantes contiennent les résultats d'analyses exprimés en pourcentages pondéraux. Les trois dernières colonnes montren-t les répartitions relatives des éléments analysés dans les différentes étapes du procédé par rapport a une référence prise égale à 100.
Poids Analyses (en%) Distribution (en g.) Fe Pb Zn ~e Pb Zn Produit initial 100 14 4 15 100 100 100 Résidu d'attaque 54 25 7 1 98 100 5 Sous-verse (a) 40 29 0,7 0,3 84 7 Sur-verse (b) 14 14 23 4 14 93 4 - Comme on peut facilement s'en rendre compte, les taux de récupération ont été de 93% pour le plomb, de 84% pour le fer et de 95% pour le zinc ce qui signifie que la quasi-, totalité du zinc initialement con-tenue est passée en solution, alors que seulement 2% du fer initial a subi le même sort.
Selon les cas, des dispositions complémentaires
Toutefois, dans le domaine sidérurgique, l'invention est d'application pré~érentielle aux poussières de hauts four-neaux. En effet, dans les poussières d'aciérie, le fer et le zinc peuvent être associés en ferrites (ZnO-Fe2O3). La dissolution complète du zinc implique une cassure de la structure ferritique, qui s'obtient généralement par attaque acide forte, responsable du passage du fer en solution.
Au contraire, dans le cas des poussières de hauts fourneaux, le zinc n'est pas lié au fer et se présente essen-tiellement sous forme oxydée (ZnO). La dissolution complète du zinc, pouvant alors s'effectuer par attaque acide modérée, présente ainsi un caractère sélectif et n'affecte pas sensible-ment le fer.
A titre indicatif, des essais ont été effectués à
; partir de boues de hauts fourneaux contenant, en poids, 14% de fer, 15% de zinc et 4% de plomb et traitées conformément à la première variante du procédé selon l'invention.
Ces boues ont d'abord ét~ trait~es à l'acide sulfu-rique à raison de 37 g dlH2SO4 pur (36N) dilué avec 0,5 l d'eau environ pour 100 g de boues à traiter. Le traitement de lixiviation a duré 25 min.jusqu'à l'obtention d'un pH de 4,5 La classification granulométrique ultérieure s'est opérée par hydrocyclonage dont le seuil de coupure a ét~ réglé
g_ , ,, ~ ~57~79 à 20 ~m environ.
Les résultats obtenus sont consiynés dans Le tableau ci-dessous.
La première ligne concerne le produit initial à
traiter.
La seconde ligne concerne le résldu d'attaque à la fin de la phase de lixiviation. Les deux dernières lignes concernent le produit après ~lassification granulométrique et se rapportent respectivement aux fractions granulométriques supérieures à 20,um "sous-verse" (a) et inférieure "sur-verse"
(b).
La pre~lière colonne indique les quantités pondérales ramenées à 100 g de produit initial, les trois colonnes suivantes contiennent les résultats d'analyses exprimés en pourcentages pondéraux. Les trois dernières colonnes montren-t les répartitions relatives des éléments analysés dans les différentes étapes du procédé par rapport a une référence prise égale à 100.
Poids Analyses (en%) Distribution (en g.) Fe Pb Zn ~e Pb Zn Produit initial 100 14 4 15 100 100 100 Résidu d'attaque 54 25 7 1 98 100 5 Sous-verse (a) 40 29 0,7 0,3 84 7 Sur-verse (b) 14 14 23 4 14 93 4 - Comme on peut facilement s'en rendre compte, les taux de récupération ont été de 93% pour le plomb, de 84% pour le fer et de 95% pour le zinc ce qui signifie que la quasi-, totalité du zinc initialement con-tenue est passée en solution, alors que seulement 2% du fer initial a subi le même sort.
Selon les cas, des dispositions complémentaires
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doivent bien entendu être prises, mais qui s'imposeront naturel-lement a l'homme de métier sans qu'il éprouve de difficultés à les satisfaire puisqu'elles appartiennent toutes à son domaine de compétence habituel.
Lorsque les poussières à traiter contiennent plusieurs élément solubles par attaque acide modérée, la récupération de ceux-ci passe par une phase de séparation, par exemple par précipitation sélective ou par électrolyse contro-lée avec dépôts métalliques séquentiels sur les électrodes, ou toute autre technique appropriée. ~e meme, lorsque les poussiè-res contiennent plusieurs éléments (ou composés) insolubles,attaqués ou non par l'acide, il est souhaitable que la fraction solide présente une granulométrie étagée en relation avec les éléments que l'on désire récupérer séparément. Cette granulo~
métrie étagée peut être naturelle, ou provoquée par l'attaque acide comme c'est le cas pour le fer et le plomb, ou par tout autre moyen adéquat. La classification granulométrique ulté-rieure s'effectue alors selon plusieurs opérations successives à seuil granulométrique évolutif.
Il va de soi que ces dispositions complémentaires peuvent etre simplifiées si l'on souhaite, non pas une sépara-tion complate de tous les éléments, mais seulement une sépara-tion partielle portant sur quelques éléments prédéterminés, les autres pouvant par exemple etre de faible intéret écono~
mique, ou peu préjudiciables à la réutilisation des éléments séparés.
Tel est le cas des poussières de hauts fourneaux dans lesquelles les éléments que l'on souhaite généralement récupérer sont, on l'a vu, au nombre de trois: le zinc, le fer et le plomb.
On voit là une nouvelle raison, d'ordre économique cette fois, d'appliquer préférentiellement l'invention au .~
~ -11-1 157~7''3 traitement des poussières de hauts fourneaux.
Il est a noter enfin que ces poussières sont de préférence à l'état humide, c'est-à-dire sous forme d'une boue, en raison des fortes concentrations de celle-ci en zinc (5 a 50% en poids) et en plomb (1 à 10%) par rapport aux poussières sèches (1 ~ 2% de zinc et 0,2 à 0,5% de plomb). Mais le procédé selon l'invention est également avantageux pour ces dernières, dont les faibles concentrations sont souvent ~
l'origine de l'inaptitude économique de leur traitement par d'autres procédés de récupération et qui entrainent leur mise au crassier.
A cet égard, l'invention apparait donc, non seulement comme un moyen de valorisation des sous-produits sidérurgiques, mais encore comme un instrumen-t de lutte contre la pollution de l'environnement par les usines sidérurgiques.
-12_
doivent bien entendu être prises, mais qui s'imposeront naturel-lement a l'homme de métier sans qu'il éprouve de difficultés à les satisfaire puisqu'elles appartiennent toutes à son domaine de compétence habituel.
Lorsque les poussières à traiter contiennent plusieurs élément solubles par attaque acide modérée, la récupération de ceux-ci passe par une phase de séparation, par exemple par précipitation sélective ou par électrolyse contro-lée avec dépôts métalliques séquentiels sur les électrodes, ou toute autre technique appropriée. ~e meme, lorsque les poussiè-res contiennent plusieurs éléments (ou composés) insolubles,attaqués ou non par l'acide, il est souhaitable que la fraction solide présente une granulométrie étagée en relation avec les éléments que l'on désire récupérer séparément. Cette granulo~
métrie étagée peut être naturelle, ou provoquée par l'attaque acide comme c'est le cas pour le fer et le plomb, ou par tout autre moyen adéquat. La classification granulométrique ulté-rieure s'effectue alors selon plusieurs opérations successives à seuil granulométrique évolutif.
Il va de soi que ces dispositions complémentaires peuvent etre simplifiées si l'on souhaite, non pas une sépara-tion complate de tous les éléments, mais seulement une sépara-tion partielle portant sur quelques éléments prédéterminés, les autres pouvant par exemple etre de faible intéret écono~
mique, ou peu préjudiciables à la réutilisation des éléments séparés.
Tel est le cas des poussières de hauts fourneaux dans lesquelles les éléments que l'on souhaite généralement récupérer sont, on l'a vu, au nombre de trois: le zinc, le fer et le plomb.
On voit là une nouvelle raison, d'ordre économique cette fois, d'appliquer préférentiellement l'invention au .~
~ -11-1 157~7''3 traitement des poussières de hauts fourneaux.
Il est a noter enfin que ces poussières sont de préférence à l'état humide, c'est-à-dire sous forme d'une boue, en raison des fortes concentrations de celle-ci en zinc (5 a 50% en poids) et en plomb (1 à 10%) par rapport aux poussières sèches (1 ~ 2% de zinc et 0,2 à 0,5% de plomb). Mais le procédé selon l'invention est également avantageux pour ces dernières, dont les faibles concentrations sont souvent ~
l'origine de l'inaptitude économique de leur traitement par d'autres procédés de récupération et qui entrainent leur mise au crassier.
A cet égard, l'invention apparait donc, non seulement comme un moyen de valorisation des sous-produits sidérurgiques, mais encore comme un instrumen-t de lutte contre la pollution de l'environnement par les usines sidérurgiques.
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Claims (9)
1. Procédé de traitement hydrométallurgique des pous-sières métallurgiques contenant les éléments utiles suivants:
le fer, le zinc et le plomb, et destiné à réaliser la séparation sélective desdits éléments en vue de leur récupération, procédé
comprenant, dans l'ordre chronologique, au moins les opérations élémentaires suivantes:
(1) une étape de lixiviation dans laquelle on soumet les poussières à l'attaque d'une solution d'acide sulfurique diluée de façon à dissoudre le zinc sous forme de sulfate, sans toucher aux particules ferrifères et à former des particules de sulfate de plomb insoluble, (2) puis une étape de séparation solide-solide par classification granulométrique dans laquelle on sépare les par-ticules ferrifères des particules de sulfate de plomb plus fines, (3) puis une étape de séparation solide-liquide com-posée de deux opérations identiques, menées en parallèle et destinées à séparer de la fraction liquide qui les contient en suspension, respectivement les particules ferrifères et les par-ticules de sulfate de plomb.
le fer, le zinc et le plomb, et destiné à réaliser la séparation sélective desdits éléments en vue de leur récupération, procédé
comprenant, dans l'ordre chronologique, au moins les opérations élémentaires suivantes:
(1) une étape de lixiviation dans laquelle on soumet les poussières à l'attaque d'une solution d'acide sulfurique diluée de façon à dissoudre le zinc sous forme de sulfate, sans toucher aux particules ferrifères et à former des particules de sulfate de plomb insoluble, (2) puis une étape de séparation solide-solide par classification granulométrique dans laquelle on sépare les par-ticules ferrifères des particules de sulfate de plomb plus fines, (3) puis une étape de séparation solide-liquide com-posée de deux opérations identiques, menées en parallèle et destinées à séparer de la fraction liquide qui les contient en suspension, respectivement les particules ferrifères et les par-ticules de sulfate de plomb.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (3) de séparation solide-liquide s'effectue par une phase de décantation complétée par une phase de filtration.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (1) de lixiviation s'effectue de façon que le pH de la solution d'acide sulfurique soit voisin de 4 ou 5 en fin de réaction.
4. Procédé selon la revendication 1, incluant, immédiate-ment après l'étape de lixiviation et avant l'étape de séparation solide-solide par classification granulométrique, une étape supplémentaire (7) de séparation solide-liquide dans laquelle on sépare les particules insolubles contenant du fer ou du plomb, de la solution acide de sulfate de zinc qui les contient en sus-pension.
5. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape supplémentaire (7) de séparation solide-liquide s'effectue par une phase de décantation complétée par une phase de filtration, ledit procédé incluant, immédiatement après la phase de filtra-tion de l'étape supplémentaire (7) de séparation solide-liquide et avant l'étape (2) de classification granulométrique, une étape de repulpage (10) de la fraction solide recueillie de ladite phase de filtration, en vue de sa classification granu-lométrique (2).
6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un bac de lixiviation et un sépara-teur solide-liquide monté en série à la suite du bac de lixivia-tion et caractérisé en ce qu'il comprend en outre un appareil de séparation solide-solide monté en série avec le bac de lixi-viation et le séparateur.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'appareil de séparation solide-solide est placé entre le bac de lixiviation et le séparateur par rapport à l'ordre séquentiel des opérations de traitement des poussières selon le procédé.
8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'appareil de séparation solide-solide est placé en aval du séparateur par rapport à l'ordre séquentiel des opérations de traitement des poussières selon le procédé et en ce que des moyens de repulpage de la fraction solide sont prévus directe-ment à la sortie du séparateur.
9. Dispositif selon les revendications 6, 7 ou 8, carac-térisé en ce que l'appareil de séparation solide-solide est un appareil de classification granulométrique, notamment un hydro-cyclone.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000353955A CA1157279A (fr) | 1980-06-13 | 1980-06-13 | Procede et dispositif de traitement hydrometallurgique des poussieres metallurgiques |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000353955A CA1157279A (fr) | 1980-06-13 | 1980-06-13 | Procede et dispositif de traitement hydrometallurgique des poussieres metallurgiques |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1157279A true CA1157279A (fr) | 1983-11-22 |
Family
ID=4117175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000353955A Expired CA1157279A (fr) | 1980-06-13 | 1980-06-13 | Procede et dispositif de traitement hydrometallurgique des poussieres metallurgiques |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1157279A (fr) |
-
1980
- 1980-06-13 CA CA000353955A patent/CA1157279A/fr not_active Expired
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