CA1193996A - Procede et appareil pour la recuperation du zinc de dechets zinciferes industriels - Google Patents
Procede et appareil pour la recuperation du zinc de dechets zinciferes industrielsInfo
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- CA1193996A CA1193996A CA000426055A CA426055A CA1193996A CA 1193996 A CA1193996 A CA 1193996A CA 000426055 A CA000426055 A CA 000426055A CA 426055 A CA426055 A CA 426055A CA 1193996 A CA1193996 A CA 1193996A
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Abstract
Dans une cuve d'électrolyse comportant deux compartiments qui contiennent chacun un électrolyte distinct et dont le fond est couvert d'une nappe de mercure jouant le rôle d'une électrode bipolaire, le mercure dissout cathodiquement le zinc des déchets à traiter dans le premier compartiment et libère anodiquement le zinc dissous dans le second compartiment pour produire un dépôt cathodique de zinc pur. L'électrode bipolaire de mercure sert à la fois de barrière mécanique et de barrière électrochimique entre les électrolytes.
Description
La pr~sente invention concerne une technique industrielle pour la récup~ration du zinc et ~ventuellement d'autres composants ou constituants de d~chets zincif~res indus-triels 9 par exemple l'acier. Par dechet zincif~re on entend :Lci tout proclult r~siduaire industriel ou solution obtenue à partir de résidus indu~triels.
La récup~ration du zinc sous une forme valorisable rev~t un int~r~t économique consid~rable pcur l'industrie en raison de la plus-value imp~rtante qu'elle confare aux déchet~ zincifères industrlels, par exemple de l'industrie sidérurgique et des t~lerle~. Si l'on consid~re par exempl~ les indu~trie~ en aval des unité~ sidérurgiques~
on note que la récu~ration du zinc des d~chets de t81es galYanis~e~ est lnt~ressante car le recyclage de ce~
d~chet~ ver~ les unit~s sid~rurgiques sans traitement préalable entraIne cle~ inconvénients que l'on peut résumer comme sult : les r~fractaires des convertlsseurs sont attaqu~s par le zinc et son oxyde et d'autre pa~ les poussi~res recueillies dans les hottes et recycl~ea v r~
le haut-~ourneau 80nt contamin~es par l'oxyde de inc qui attaque le~ r~fractair~s avec accumulation de d~p8ts qui perturbent le fonctionnement de l'ensemble. Par ailleurs, ces d~chets peuvent ~tre valorisés si l'on en r~cup~re le zinc qui e~t un ~l~ment pr~cieuxO Une r~cup~ration rat~n nelle du zinc des d~chets galvani~é~ permettrait enfin de ~3~
~éparer les deux cons~ituants : acier et zinc, et de les valorlser s~par~ment.
Le trai~ement ~ers lequel on 8e tourne d'lnstlnct lor~
qu'il slaglt de d~galvaniser l'acier est la dis~olutlon du zinc dans un milieu acideO Cette technique est toutefois loin d'~tre sati~faisante car si elle débarrasse bien l'acier de son rev~tement g~nant et le rend ain~i apte un recyclage en acirie 9 elle s'accompagne par contre de l'obligation de se d~barra~er de solutions acides charg~es de sels de zinc et de fer~ Un traitement de neutralisation de ces solutions est par conséquent n~cessaire, par exemple à l'aide de chaux, pour permettre le re~et des eaux r~si-duaires. On note a ce su~et que l'acide utills~ pour la dissolution ne se trouve pas r~g~n~r~ et qu'en outre un traitement de neutralisation donne lieu ~ la formation de boues difficilement; valorlsables sAns un traitement coûteux du fait de la pr~sence du zlnc. De plu5 ~ le traitement de neutrallsation doit falre l'obJet d'un contrale soigné pour éviter de rejeter en rivière des sel~ de zinc.
On pourrait ~galement envisager un procéd~ de récup~rat~on par électrolyse en milieu acl.de, de~ solutions de d~capage des tale~ galvanis~es, ce qul permettrait d'obtenir immé-diatement un d~pat cathodique de zinc micro-cr~tallin compact et ais~ment fu~ible. On pourrait dans ce cas utiliser une cellule d'éleotrolyse classique com~e cela est pratiqué trad~tionnellement dans l'~lectro~m~tallurgie du zinc. Toutefois~ ~ la cathode apparatt une surtension hydrog~nee due au clégagement dlhydrogène 7 qui pourrait rendre le d~p~t de æinc sur la cathode extr~mement dif-fioile sans une purificAtion tras poussee des solutions soumises à l'électrolyse afin d'~n éliminer dans toute la me~ure du possible tous les ~l~ments qui ~baissent cette surtension. D'autre part, dans cette hypothè~e on se ~9~
trouverait confront~ ~ des difflcultes consid~rable~ du fait de la con-tamination des solutions par les sels de fer.
A titre indicatl~ on peut slgnaler que les solutions dest~nées à l'électrolyse du zinc doivent avoir une teneur maximale en fer de ~0 mg/ll Pour limiter l'attaque du fer, le décapage acide des tôles g~lvanis~e~ devrait ~tre conduit dans des conditions très stricte~ et n~ces~lter 1'emplol d'inhibiteurs de corroslon co~teux. Le d~capage alcalin dont il sera question plus loin ne donne pas lieu aux inconvénients pr~cit~s.
En résum~ aucune de~ techniques connues ne permet de traiter les r~sidus industriels de façon économique afin d'en r~cuperer le zinc sous une forme directement valori-sable industriellement, L'invent10n apporte une solution industrielle attrayante qui comble cette lacune gr~ce à un procédé caractérisé en ce qu'on plonge les déchets zincifères dans une première solution, de préf~rence alcaline, en présence d'une nappe de mercure et d'une électrode reliée électriquement à un potentiel électrlque positif puis, par électrolyse, on dépose cathodiquemen~le zinc des d~chets zinci~res pour ~o~mer un amalgame de zinc. ~n sépare ensulte l'amalgame de zinc de la premi~re solution et on met l'amalgame de zinc en c~ntact avec une seconde solut~n acide, neutre ou complexante en présence d'une cathode connect~e élec-triquemen-t ~ un potentiel ~lectrique n~gatif~ Par ~lectr~lyse, on redissout alors anodiquement le zinc de l'amalgame pour produire un dep8t de zinc pur sur la cathode.
Ce proced~ selon l'inventlon est avantageusement mis en oeuvre dans une cellule d'~lectrolyse comprenant une cuve caract~rlsée par deux compartiments s~pares par une cloison ~ 3~
et communi~u~nt ent~e eux par une ou~e~tu~e me~agée ~ la partie inferieur~ de 1~ cloison, le ~on~ de la cu~e et~nt cou~ert d~une nappe de mexcuxe~ ~ui s~étend da~s le fond des deux compartiments ~ travers l~ouverture precitée, ~e premier compartiment contenant un premler électxolyte da.ns lequel es~ plongée une électrode reliée électriquement un potentiel électrique positi, ~e second compartiment contenant un second électrolyte dans le~uel est piongée une cathode reliee ~.uri potentiel é~ectrique négatif, la nappe de mercure consti.tuant ~la fois une barriere mecanique pour éviter le mélange des deux électrolytes et une barri~re é~ec~rochimique sélecti~e ~ia-a-~ris des ions a séparer~
~electrolyte contenu dans le compartiment anodique est, sans que ce facteur soit limitatif, de pré-férence une solution alcaline, par exemple une solution de NaOH, et l~électrolyte contenu dans le compartiment cathodique est une solution acide, neutre ou complexante, par exemple une solution de sulfate de zinc ou un bain de galvanisation électrolytique. Les electrodes peuvent être connectées électriquement aux p81es d~une meme source de tension électrique ou ~ des sources de tension électrique distinctes.
La nappe de rnercure, au fond de la cuve, est préferableme~t en circulation forcee La technique selon l'invention permet une recupe-ration aisée du zinc e1 de l'acier des déchets de toles galvanisées avec nota~nent les avantages suivants:
a~ Les reactions de dissolution et d'électrolyse se ; 30 réalisent avec un rendement tres élevé à la temperature ordinaire et avec une faible consommation d'energie.
b. Le matériel requis est tres simple.
~ 4 -3~
c. La conso~ation en xeactifs est tres ~aib~e puis~u'on doit simp~e~ent compe~se~ ~es ~e~tes dues ~ la presence d~i~puretes e~entuelles (par Pxe~pLe solubilisation de t:races d~aluminium~.
d. Le zinc est obtenu sous forme mono~c.ristalline compacte _ _ /
/
~ - 4a -stable 7 aisément fusible et valorisable. On peut ~ga-lement le récupérer9 dans une des variantes du procédé, sous forme d'un rev8tement de t81es d'acier (zingage électrolytique).
eO L'acier débarra~s~ du ~inc peut ~tre recycl~ en aci~rie sans problèmes.
f. Absence de tout problème de rejet d'eaux r~siduaires ou de gaz ou poussières polluants 3 La technique selon l'invention permet également la produc-tion de zinc pur valorl~able par r~cupération de d~chets zinci~ères industriels divers : poussiares r~idualre~
d'aciéries électriques (qui contiennent des teneurs appr~-ciables de zinc pouvant atteindre 20 % et davantage), pousslèrss résiduaires de hau~s-fourneaux, mattes de gal-vanisation et m~me minerai~ de zinc lixiviés ~ la soude.
Cette technique con~ère ainsi une plus-value importante t~us ces déchets résiduaires.
Un avantage supplémentaire de la cellule d'~lectrolyse selcn l'invention est qu'elle permet de r~aliser en une seule opération à la foi~ la r~cup~ration ~lectrolytlque st l'électro-ra~finage du zinc.
De plus, cette cellule permet de r~ali~er des cha~nes de galvanisation capables de travailler avec des mati~res de d~part de faible co~t, ce qui procure de substa~tielle~
~conomies de matières premi~res.
L~invention est expos~e dans ce qui suit sur un exemple de réalisation ~llustr~ ~ur les dessins ci-annex~s. Sur ces desslns :
D la ~igure 1 est une vue en coupe tra~svers~le d'un exemple de eellule selon l'inventionO
. la figure 2 est une vue de dessus de la cellule de la figure 10 La technique ~elon :l'inventlon e~t bas~e sur la technologie appel~e ~tallurgie des amalgames qui consl~-te ~ utiliser une électrode de mercure pour extraire un m~tal dlun alllage ou d'un composé, Cette technique se trouve mise en oeuvre dans une cellule d'électrolyse telle que montr~e par exemple sur les dessin~. La cellule 10 comprenA deux compartiments 1~ 2 Isépar~s par ~ne cloi~on ~ et communi~
quant entre eux par une ouverture 4 m~nagée ~ la partie lnférieure de la cloisDn 3. Dan~ le fond de la eellule se trouve une nappe de mercure 5 qui siatend dans les deux compartiments 1 et 2 a travers l'ouverture 4 et qul est maintenue en circul~tion ~orc~e par une pompe 110 Le pre-mier compartiment 1 contient un électrolyte 6 dans lequel est plongée une éleotrode 7 reliée ~lectrlquement à une source de potentlel ~lectrique posltif ~ V. Dans l'exemple d'exécution illustr~ BUr les dessins, l~lectrode 7 con-~iste en une chalne transpoteuse circulant dans le bain ~lectrolytique à une certaine dl~tance au-dessus de la nappe de mercure et est destinée à porter les d~chets zin-ci~eres ~ traiter~ Dans ce oas~ l'électrolyte 6 es-t de préf~rence mais sans que ce facteur 50it limitati~9 une ~olution alcaline, par exempl.e une fiolutlon de NaOH. L' électrode anodique 7 pourrait aussi ~tre un panier tour-nant par exemple, qui plongerait les d~chets ~ traiter dans 1'électrolyte 6. Dans d'autres modes d'exécution l'~lectrode anodlque pourr~it ~tre pr~vue pour ne pas porter les déchets zincif~res ~ traiter.
Les d~chets zincif~res ~ traiter sont plong~s dans l'~lec-trolyte 6 du compartiment anodique 1. Les d~chet~ sont so~t ~irectements cLes déchets métalliques (tales galvani-nisées, matte de galvanisation) soit une solution zlnci-~ère obtenue par traitement.chimique de pous~i~res d~acié-ries, boues de hauts-fourneaux ou minerais de æinc par exempla~ Dans le compartiment 1 l~ nappe de me~cure 5 fonctionne comme cathode. Lorsque la tension ~lectrique est appliqu~e ~ la cellulel le zinc se dépose cathodique-ment et s'amalgame avec le mercure. Ia nature de la r~ac-tion anodique dans le compartiment 1 peut ~tre sélection-n~e ~udicieusement par 11 agencement de ce compartiment en fonction de la nature de~ déchet~ ~ traiter. Dans le cas de déchets de tales galvanis~e3 ou de mattes de gal~ani-sation, on choisit par exemple une électrode anodique en acier plongeant dans une solution de NaOHO Il se produit alors une dissolution électrochimique du zinc dans l'élec-trolyteO Dans le cas de solut~ons zincif~rss obtenues à
partir de poussières d'aci~rie3~ de boues de haut~-four-neaux ou de m~nerais de zinc par exemple 9 la r~action .anodique provoque un d~gagement d'oxyg~ne.
Lorsqu'on utilise comme ~lectrolyte du compartim~nt ano-dique 1 une solutiDn de zincate de soude 9 la solution sera renouvelée en continu par apport d'~lectrolyte ~rai3.
Si pour l'~lectro]yte du comp~rtlment anodique ~ on choisit une solution alcaline, on obtient une dlssolution sélective du æinc par rapport au fer et aux autres impu~
ret~s contenues dm~ le~ déchets zinciferes traités~
On ~limine alnsi la dissolution d'~léments ind~sirables peu ou pas ~olubles en milieu alcalln (par exemple le fer, le cui~re...~g ce qui permet de récup~rer de façon ren-table le zinc de r~sidu~ industriels tels que pous~i~res d'aciérie~, boues de hauts~fourneaux, mattes de galvani-sation, déchet~ de tôles gal~anisées par exemple.
De plus, l'électrolyse en milieu alcalin permet d~liminer les problèmes li ~3 au d~gagement d'hydrog~ne qui ne se manife~te pas avec la m~me acuité qu'en milieu acide par suite du pH élev~
Le compartiment cathodique 2, qui reçoit l'amalgame de zinc formé dans le premier compartlment, contient un ~lec-trolyte propre consistant en une solution acide~ neutre ou ~ 3~ 9~
complexante selon les appllcations. Dans cet ~lectrolyte B
est plong~e une oathode 9 reli~e électriquement à un poten tlel électrique négatif -V, L'électrolyte 8 est par exem-ple une solution de sulf~te de zinc dans laquelle plonge une cathode d'aluminium. Le zinc de l'amalgame ~e redis~
sout anod~quement dans l'~lectrolyte 8 et le zinc dis~ous se d~pose sur la cathode 9 sous une ~orme mono~cristall1ne pure, stable et non oxydable, qui pr~3ente une valeur mar chande intéressante.
Le compartiment cathodlque peut égaleme~t constitusr un compartiment de galvanisation électrolytique. Pour ce faire, on choisit pour ~lectrolyte un bain de galvaniæation (bain cyanur~ alcalin ou baln acide par exemple) et on utilise le support d'acier ~ galvaniser comme cathodeO Le zinc se dépo~e alors directement sur l'acier sous ~orme d'un rev8tement de galvanisation. La cellule d~lec~rolyse selon l'inventlon permet ain~l de constituer un po~te de galvanisation directe particulièrement économique grâce l'utilisation de zinc récupér~ ~ partir de d~chets zinci-fères. A noter que la cellule d'électrolyse elimine la pr~se~ce de boues dans le compartiment cathodique.
Une particularit~ remarquable de la cellule d'~lectrolyse ~elon l'lnvention est que la nappe de mercure 5 ~oue le rôle d1une ~lectrode blpolalre qu~ est perm~able aux ~
ments amalgamables tels que zinc 9 plomb, bismuth, ~ta~n par exemple contenu~ dans le compartiment anodique 1 et qui est lmperméable aux lons et au solvant . L~ nappe de mercure constitue ainsi à la fois une barrière m~canique emp~chant le m~lange des deux solutions électrolytiques 6 et 8 et une barrière ~lectrochimique s~lectlve ViS-~-YiS
des ions à séparer. Il en r~sulte que la solution 1ec-trolytique 8 du compartiment cathodique ne se contamine pas en impuret~s et él~ments plus ~lectropositifs que le zinc qui abaissent la ~urtension hydrogen~e.
3~
_ g _ En choisis~ant ~udicieusement le m~lieu ~lectrolytique du comparti~ent cathodique on ~vite le dégagement d'hydrogène g~nant.
Une autre particularit~ remarquable de la cellule d'~lec trolyse selon l'lnvention est sa po~sibilit~ de réallser ~galement et de façon él~gante un électroraffinage du zinc ou de tout autre ~lément présentant des propriétés analo-gues. Les impuretés éventuelles du bain électrolytique se dissolvent dans le mercure en même temps que le zinc pourvu qu'elles soient plus électropositives que celui-ci et qu'elles soient amalgamables avec le mercure, Dans le cas contralre, les impuretés precipitent sous forme de boues ou restent en solution sans ganer : c'est le cas de l'alu-minium par exemple. En maintenant le potentiel du mercure à une valeur suffisamment négatlve pour que seul le zinc se redissolve, on elimine du compartiment cathod~que tous les autres ~léments indésir~bles plus ~lectropositi~s que le zine (par exemple le plomb). Les propriéts s~lectlves de l'électrode bipolaire de mercure expliquent de la sorte que la cellul~ d'électrolyse selon l'invention permet l'électro-raffinage du zinc. Le mercure chargé d~impuretés amalgamée~ peut ~tre régénére5 en continu, par exemple par ~lectrolyse dans une cellule auxiliaire, pour en extraire les ~léments amalgam~s avant d'~tre recycl~.
Les ~lectrodes peuvent être connect~es aux p81es positif et n~gatif d'une même source de tension électri-que. Les deux compartiments peuvent cependant être ~gale-ment connect~s ~ des sDurces de potent1el ~lectrique diff~rentes, ce qui permet de réguler s~parément le fonc-tionnement des deux r~ctlons dans les compartiments anodique et cathodlque, les rendements ~lectrochimiques des deux r~act~ons n'~tant généralement pas ~gaux. En outre, il est permis de chois~r indépendamment les unes des autres la nature et la concentration de chaque compo-sant des électrolytes.
La récup~ration du zinc sous une forme valorisable rev~t un int~r~t économique consid~rable pcur l'industrie en raison de la plus-value imp~rtante qu'elle confare aux déchet~ zincifères industrlels, par exemple de l'industrie sidérurgique et des t~lerle~. Si l'on consid~re par exempl~ les indu~trie~ en aval des unité~ sidérurgiques~
on note que la récu~ration du zinc des d~chets de t81es galYanis~e~ est lnt~ressante car le recyclage de ce~
d~chet~ ver~ les unit~s sid~rurgiques sans traitement préalable entraIne cle~ inconvénients que l'on peut résumer comme sult : les r~fractaires des convertlsseurs sont attaqu~s par le zinc et son oxyde et d'autre pa~ les poussi~res recueillies dans les hottes et recycl~ea v r~
le haut-~ourneau 80nt contamin~es par l'oxyde de inc qui attaque le~ r~fractair~s avec accumulation de d~p8ts qui perturbent le fonctionnement de l'ensemble. Par ailleurs, ces d~chets peuvent ~tre valorisés si l'on en r~cup~re le zinc qui e~t un ~l~ment pr~cieuxO Une r~cup~ration rat~n nelle du zinc des d~chets galvani~é~ permettrait enfin de ~3~
~éparer les deux cons~ituants : acier et zinc, et de les valorlser s~par~ment.
Le trai~ement ~ers lequel on 8e tourne d'lnstlnct lor~
qu'il slaglt de d~galvaniser l'acier est la dis~olutlon du zinc dans un milieu acideO Cette technique est toutefois loin d'~tre sati~faisante car si elle débarrasse bien l'acier de son rev~tement g~nant et le rend ain~i apte un recyclage en acirie 9 elle s'accompagne par contre de l'obligation de se d~barra~er de solutions acides charg~es de sels de zinc et de fer~ Un traitement de neutralisation de ces solutions est par conséquent n~cessaire, par exemple à l'aide de chaux, pour permettre le re~et des eaux r~si-duaires. On note a ce su~et que l'acide utills~ pour la dissolution ne se trouve pas r~g~n~r~ et qu'en outre un traitement de neutralisation donne lieu ~ la formation de boues difficilement; valorlsables sAns un traitement coûteux du fait de la pr~sence du zlnc. De plu5 ~ le traitement de neutrallsation doit falre l'obJet d'un contrale soigné pour éviter de rejeter en rivière des sel~ de zinc.
On pourrait ~galement envisager un procéd~ de récup~rat~on par électrolyse en milieu acl.de, de~ solutions de d~capage des tale~ galvanis~es, ce qul permettrait d'obtenir immé-diatement un d~pat cathodique de zinc micro-cr~tallin compact et ais~ment fu~ible. On pourrait dans ce cas utiliser une cellule d'éleotrolyse classique com~e cela est pratiqué trad~tionnellement dans l'~lectro~m~tallurgie du zinc. Toutefois~ ~ la cathode apparatt une surtension hydrog~nee due au clégagement dlhydrogène 7 qui pourrait rendre le d~p~t de æinc sur la cathode extr~mement dif-fioile sans une purificAtion tras poussee des solutions soumises à l'électrolyse afin d'~n éliminer dans toute la me~ure du possible tous les ~l~ments qui ~baissent cette surtension. D'autre part, dans cette hypothè~e on se ~9~
trouverait confront~ ~ des difflcultes consid~rable~ du fait de la con-tamination des solutions par les sels de fer.
A titre indicatl~ on peut slgnaler que les solutions dest~nées à l'électrolyse du zinc doivent avoir une teneur maximale en fer de ~0 mg/ll Pour limiter l'attaque du fer, le décapage acide des tôles g~lvanis~e~ devrait ~tre conduit dans des conditions très stricte~ et n~ces~lter 1'emplol d'inhibiteurs de corroslon co~teux. Le d~capage alcalin dont il sera question plus loin ne donne pas lieu aux inconvénients pr~cit~s.
En résum~ aucune de~ techniques connues ne permet de traiter les r~sidus industriels de façon économique afin d'en r~cuperer le zinc sous une forme directement valori-sable industriellement, L'invent10n apporte une solution industrielle attrayante qui comble cette lacune gr~ce à un procédé caractérisé en ce qu'on plonge les déchets zincifères dans une première solution, de préf~rence alcaline, en présence d'une nappe de mercure et d'une électrode reliée électriquement à un potentiel électrlque positif puis, par électrolyse, on dépose cathodiquemen~le zinc des d~chets zinci~res pour ~o~mer un amalgame de zinc. ~n sépare ensulte l'amalgame de zinc de la premi~re solution et on met l'amalgame de zinc en c~ntact avec une seconde solut~n acide, neutre ou complexante en présence d'une cathode connect~e élec-triquemen-t ~ un potentiel ~lectrique n~gatif~ Par ~lectr~lyse, on redissout alors anodiquement le zinc de l'amalgame pour produire un dep8t de zinc pur sur la cathode.
Ce proced~ selon l'inventlon est avantageusement mis en oeuvre dans une cellule d'~lectrolyse comprenant une cuve caract~rlsée par deux compartiments s~pares par une cloison ~ 3~
et communi~u~nt ent~e eux par une ou~e~tu~e me~agée ~ la partie inferieur~ de 1~ cloison, le ~on~ de la cu~e et~nt cou~ert d~une nappe de mexcuxe~ ~ui s~étend da~s le fond des deux compartiments ~ travers l~ouverture precitée, ~e premier compartiment contenant un premler électxolyte da.ns lequel es~ plongée une électrode reliée électriquement un potentiel électrique positi, ~e second compartiment contenant un second électrolyte dans le~uel est piongée une cathode reliee ~.uri potentiel é~ectrique négatif, la nappe de mercure consti.tuant ~la fois une barriere mecanique pour éviter le mélange des deux électrolytes et une barri~re é~ec~rochimique sélecti~e ~ia-a-~ris des ions a séparer~
~electrolyte contenu dans le compartiment anodique est, sans que ce facteur soit limitatif, de pré-férence une solution alcaline, par exemple une solution de NaOH, et l~électrolyte contenu dans le compartiment cathodique est une solution acide, neutre ou complexante, par exemple une solution de sulfate de zinc ou un bain de galvanisation électrolytique. Les electrodes peuvent être connectées électriquement aux p81es d~une meme source de tension électrique ou ~ des sources de tension électrique distinctes.
La nappe de rnercure, au fond de la cuve, est préferableme~t en circulation forcee La technique selon l'invention permet une recupe-ration aisée du zinc e1 de l'acier des déchets de toles galvanisées avec nota~nent les avantages suivants:
a~ Les reactions de dissolution et d'électrolyse se ; 30 réalisent avec un rendement tres élevé à la temperature ordinaire et avec une faible consommation d'energie.
b. Le matériel requis est tres simple.
~ 4 -3~
c. La conso~ation en xeactifs est tres ~aib~e puis~u'on doit simp~e~ent compe~se~ ~es ~e~tes dues ~ la presence d~i~puretes e~entuelles (par Pxe~pLe solubilisation de t:races d~aluminium~.
d. Le zinc est obtenu sous forme mono~c.ristalline compacte _ _ /
/
~ - 4a -stable 7 aisément fusible et valorisable. On peut ~ga-lement le récupérer9 dans une des variantes du procédé, sous forme d'un rev8tement de t81es d'acier (zingage électrolytique).
eO L'acier débarra~s~ du ~inc peut ~tre recycl~ en aci~rie sans problèmes.
f. Absence de tout problème de rejet d'eaux r~siduaires ou de gaz ou poussières polluants 3 La technique selon l'invention permet également la produc-tion de zinc pur valorl~able par r~cupération de d~chets zinci~ères industriels divers : poussiares r~idualre~
d'aciéries électriques (qui contiennent des teneurs appr~-ciables de zinc pouvant atteindre 20 % et davantage), pousslèrss résiduaires de hau~s-fourneaux, mattes de gal-vanisation et m~me minerai~ de zinc lixiviés ~ la soude.
Cette technique con~ère ainsi une plus-value importante t~us ces déchets résiduaires.
Un avantage supplémentaire de la cellule d'~lectrolyse selcn l'invention est qu'elle permet de r~aliser en une seule opération à la foi~ la r~cup~ration ~lectrolytlque st l'électro-ra~finage du zinc.
De plus, cette cellule permet de r~ali~er des cha~nes de galvanisation capables de travailler avec des mati~res de d~part de faible co~t, ce qui procure de substa~tielle~
~conomies de matières premi~res.
L~invention est expos~e dans ce qui suit sur un exemple de réalisation ~llustr~ ~ur les dessins ci-annex~s. Sur ces desslns :
D la ~igure 1 est une vue en coupe tra~svers~le d'un exemple de eellule selon l'inventionO
. la figure 2 est une vue de dessus de la cellule de la figure 10 La technique ~elon :l'inventlon e~t bas~e sur la technologie appel~e ~tallurgie des amalgames qui consl~-te ~ utiliser une électrode de mercure pour extraire un m~tal dlun alllage ou d'un composé, Cette technique se trouve mise en oeuvre dans une cellule d'électrolyse telle que montr~e par exemple sur les dessin~. La cellule 10 comprenA deux compartiments 1~ 2 Isépar~s par ~ne cloi~on ~ et communi~
quant entre eux par une ouverture 4 m~nagée ~ la partie lnférieure de la cloisDn 3. Dan~ le fond de la eellule se trouve une nappe de mercure 5 qui siatend dans les deux compartiments 1 et 2 a travers l'ouverture 4 et qul est maintenue en circul~tion ~orc~e par une pompe 110 Le pre-mier compartiment 1 contient un électrolyte 6 dans lequel est plongée une éleotrode 7 reliée ~lectrlquement à une source de potentlel ~lectrique posltif ~ V. Dans l'exemple d'exécution illustr~ BUr les dessins, l~lectrode 7 con-~iste en une chalne transpoteuse circulant dans le bain ~lectrolytique à une certaine dl~tance au-dessus de la nappe de mercure et est destinée à porter les d~chets zin-ci~eres ~ traiter~ Dans ce oas~ l'électrolyte 6 es-t de préf~rence mais sans que ce facteur 50it limitati~9 une ~olution alcaline, par exempl.e une fiolutlon de NaOH. L' électrode anodique 7 pourrait aussi ~tre un panier tour-nant par exemple, qui plongerait les d~chets ~ traiter dans 1'électrolyte 6. Dans d'autres modes d'exécution l'~lectrode anodlque pourr~it ~tre pr~vue pour ne pas porter les déchets zincif~res ~ traiter.
Les d~chets zincif~res ~ traiter sont plong~s dans l'~lec-trolyte 6 du compartiment anodique 1. Les d~chet~ sont so~t ~irectements cLes déchets métalliques (tales galvani-nisées, matte de galvanisation) soit une solution zlnci-~ère obtenue par traitement.chimique de pous~i~res d~acié-ries, boues de hauts-fourneaux ou minerais de æinc par exempla~ Dans le compartiment 1 l~ nappe de me~cure 5 fonctionne comme cathode. Lorsque la tension ~lectrique est appliqu~e ~ la cellulel le zinc se dépose cathodique-ment et s'amalgame avec le mercure. Ia nature de la r~ac-tion anodique dans le compartiment 1 peut ~tre sélection-n~e ~udicieusement par 11 agencement de ce compartiment en fonction de la nature de~ déchet~ ~ traiter. Dans le cas de déchets de tales galvanis~e3 ou de mattes de gal~ani-sation, on choisit par exemple une électrode anodique en acier plongeant dans une solution de NaOHO Il se produit alors une dissolution électrochimique du zinc dans l'élec-trolyteO Dans le cas de solut~ons zincif~rss obtenues à
partir de poussières d'aci~rie3~ de boues de haut~-four-neaux ou de m~nerais de zinc par exemple 9 la r~action .anodique provoque un d~gagement d'oxyg~ne.
Lorsqu'on utilise comme ~lectrolyte du compartim~nt ano-dique 1 une solutiDn de zincate de soude 9 la solution sera renouvelée en continu par apport d'~lectrolyte ~rai3.
Si pour l'~lectro]yte du comp~rtlment anodique ~ on choisit une solution alcaline, on obtient une dlssolution sélective du æinc par rapport au fer et aux autres impu~
ret~s contenues dm~ le~ déchets zinciferes traités~
On ~limine alnsi la dissolution d'~léments ind~sirables peu ou pas ~olubles en milieu alcalln (par exemple le fer, le cui~re...~g ce qui permet de récup~rer de façon ren-table le zinc de r~sidu~ industriels tels que pous~i~res d'aciérie~, boues de hauts~fourneaux, mattes de galvani-sation, déchet~ de tôles gal~anisées par exemple.
De plus, l'électrolyse en milieu alcalin permet d~liminer les problèmes li ~3 au d~gagement d'hydrog~ne qui ne se manife~te pas avec la m~me acuité qu'en milieu acide par suite du pH élev~
Le compartiment cathodique 2, qui reçoit l'amalgame de zinc formé dans le premier compartlment, contient un ~lec-trolyte propre consistant en une solution acide~ neutre ou ~ 3~ 9~
complexante selon les appllcations. Dans cet ~lectrolyte B
est plong~e une oathode 9 reli~e électriquement à un poten tlel électrique négatif -V, L'électrolyte 8 est par exem-ple une solution de sulf~te de zinc dans laquelle plonge une cathode d'aluminium. Le zinc de l'amalgame ~e redis~
sout anod~quement dans l'~lectrolyte 8 et le zinc dis~ous se d~pose sur la cathode 9 sous une ~orme mono~cristall1ne pure, stable et non oxydable, qui pr~3ente une valeur mar chande intéressante.
Le compartiment cathodlque peut égaleme~t constitusr un compartiment de galvanisation électrolytique. Pour ce faire, on choisit pour ~lectrolyte un bain de galvaniæation (bain cyanur~ alcalin ou baln acide par exemple) et on utilise le support d'acier ~ galvaniser comme cathodeO Le zinc se dépo~e alors directement sur l'acier sous ~orme d'un rev8tement de galvanisation. La cellule d~lec~rolyse selon l'inventlon permet ain~l de constituer un po~te de galvanisation directe particulièrement économique grâce l'utilisation de zinc récupér~ ~ partir de d~chets zinci-fères. A noter que la cellule d'électrolyse elimine la pr~se~ce de boues dans le compartiment cathodique.
Une particularit~ remarquable de la cellule d'~lectrolyse ~elon l'lnvention est que la nappe de mercure 5 ~oue le rôle d1une ~lectrode blpolalre qu~ est perm~able aux ~
ments amalgamables tels que zinc 9 plomb, bismuth, ~ta~n par exemple contenu~ dans le compartiment anodique 1 et qui est lmperméable aux lons et au solvant . L~ nappe de mercure constitue ainsi à la fois une barrière m~canique emp~chant le m~lange des deux solutions électrolytiques 6 et 8 et une barrière ~lectrochimique s~lectlve ViS-~-YiS
des ions à séparer. Il en r~sulte que la solution 1ec-trolytique 8 du compartiment cathodique ne se contamine pas en impuret~s et él~ments plus ~lectropositifs que le zinc qui abaissent la ~urtension hydrogen~e.
3~
_ g _ En choisis~ant ~udicieusement le m~lieu ~lectrolytique du comparti~ent cathodique on ~vite le dégagement d'hydrogène g~nant.
Une autre particularit~ remarquable de la cellule d'~lec trolyse selon l'lnvention est sa po~sibilit~ de réallser ~galement et de façon él~gante un électroraffinage du zinc ou de tout autre ~lément présentant des propriétés analo-gues. Les impuretés éventuelles du bain électrolytique se dissolvent dans le mercure en même temps que le zinc pourvu qu'elles soient plus électropositives que celui-ci et qu'elles soient amalgamables avec le mercure, Dans le cas contralre, les impuretés precipitent sous forme de boues ou restent en solution sans ganer : c'est le cas de l'alu-minium par exemple. En maintenant le potentiel du mercure à une valeur suffisamment négatlve pour que seul le zinc se redissolve, on elimine du compartiment cathod~que tous les autres ~léments indésir~bles plus ~lectropositi~s que le zine (par exemple le plomb). Les propriéts s~lectlves de l'électrode bipolaire de mercure expliquent de la sorte que la cellul~ d'électrolyse selon l'invention permet l'électro-raffinage du zinc. Le mercure chargé d~impuretés amalgamée~ peut ~tre régénére5 en continu, par exemple par ~lectrolyse dans une cellule auxiliaire, pour en extraire les ~léments amalgam~s avant d'~tre recycl~.
Les ~lectrodes peuvent être connect~es aux p81es positif et n~gatif d'une même source de tension électri-que. Les deux compartiments peuvent cependant être ~gale-ment connect~s ~ des sDurces de potent1el ~lectrique diff~rentes, ce qui permet de réguler s~parément le fonc-tionnement des deux r~ctlons dans les compartiments anodique et cathodlque, les rendements ~lectrochimiques des deux r~act~ons n'~tant généralement pas ~gaux. En outre, il est permis de chois~r indépendamment les unes des autres la nature et la concentration de chaque compo-sant des électrolytes.
Claims (9)
1. Procédé de récupération du zinc contenu dans des déchets zincifères industriels, caractérisé en ce que on plonge les déchets zincifères dans une première solution électrolytique, en présence d'une nappe de mercure et d'une anode connectée électriquement à un potentiel électrique positif, par électrolyse, on dépose cathodiquement le zinc des déchets zincifères pour former un amalgame de zinc, on sépare l'amalgame de zinc de ladite première solution électrolytique, on met l'amalgame de zinc en contact avec une seconde solution électrolytique en présence d'une cathode connectée électriquement à un potentiel électrique négatif, et par électrolyse, on redissout anodiquement le zinc de l'amalgame pour produire un dépôt de zinc pur sur la cathode,
2. Procédé, selon la revendication 1, dans lequel la première solution électrolytique est alcaline.
3. Cellule d'électrolyse pour le traitement de déchets zincifères industriels, caractérisé par une cuve comprenant deux compartiments séparés par une cloison et communiquant entre eux par une ouverture ménagée à la partie inférieure de la cloison, le fond de la cuve étant couvert d'une nappe de mercure qui s'étend dans le fond des deux compartiments à travers l'ouverture précitée, le premier compartiment contenant une première solution électrolytique dans laquelle est plongée une électrode reliée électriquement à un potentiel électrique positif, le second compartiment contenant une seconde solution électrolytique dans laquelle est plongée une cathode reliée électriquement à un potentiel électrique négatif, la nappe de mercure constituant à la fois une barrière mécanique pour éviter le mélange des deux solutions électrolytiques et une barrière électrochimique sélective via-à-vis des ions à séparer.
4. Cellule d'électrolyse selon la revendica-tion 3, dans laquelle l'électrode anodique porte les déchets zincifères à traiter.
5. Cellule d'électrolyse selon la revendica-tion 4, dans laquelle l'électrode anodique est une chaîne transporteuse circulant dans la première solution électrolytique à une certaine distance au-dessus de la nappe de mercure.
6. Cellule d'électrolyse selon la revendica-tion 4, dans laquelle l'électrode anodique est un panier tournant agencé pour plonger les déchets zincifères à
traiter dans la première solution électrolytique.
traiter dans la première solution électrolytique.
7. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle la solution électrolytique contenue dans le premier compartiment est une solution alcaline.
8. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle les électrodes sont connectées électriquement aux pôles d'une même source de tension électrique.
9. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle les électrodes sont connectées électriquement à des sources de tension électrique distinctes.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE0/207865 | 1982-04-19 | ||
| BE0/207865A BE892897A (fr) | 1982-04-19 | 1982-04-19 | Procede et appareil de recuperation des composants d'objets en acier galvanise. |
| BE0/210551 | 1983-04-14 | ||
| BE0/216551A BE904622A (fr) | 1985-09-12 | 1986-04-18 | Pyrometre a immersion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000426055A Expired CA1193996A (fr) | 1982-04-19 | 1983-04-18 | Procede et appareil pour la recuperation du zinc de dechets zinciferes industriels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1193996A (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0479326A1 (fr) * | 1990-10-05 | 1992-04-08 | AK Steel Corporation | Enlèvement du zinc de riblons d'acier galvanisé par une solution alcaline |
-
1983
- 1983-04-18 CA CA000426055A patent/CA1193996A/fr not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0479326A1 (fr) * | 1990-10-05 | 1992-04-08 | AK Steel Corporation | Enlèvement du zinc de riblons d'acier galvanisé par une solution alcaline |
| US5106467A (en) * | 1990-10-05 | 1992-04-21 | Armco Steel Company, L.P. | Alkaline leaching of galvanized steel scrap |
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