WO2021074522A1 - Procédé de lixiviation sélective de zinc - Google Patents

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WO2021074522A1
WO2021074522A1 PCT/FR2020/051813 FR2020051813W WO2021074522A1 WO 2021074522 A1 WO2021074522 A1 WO 2021074522A1 FR 2020051813 W FR2020051813 W FR 2020051813W WO 2021074522 A1 WO2021074522 A1 WO 2021074522A1
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WO
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liquid solution
mixture
ions
copper
solid particles
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/051813
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English (en)
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Vincent Georgeaud
Auriane Diamand
Anne-Sophie LESCOURRET
Original Assignee
Veolia Environnement-VE
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/006—Wet processes
    • C22B7/007—Wet processes by acid leaching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B15/00—Obtaining copper
    • C22B15/0063—Hydrometallurgy
    • C22B15/0084—Treating solutions
    • C22B15/0089—Treating solutions by chemical methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B19/00—Obtaining zinc or zinc oxide
    • C22B19/30—Obtaining zinc or zinc oxide from metallic residues or scraps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the subject of the present disclosure relates to a process for the selective leaching of metallic zinc comprised in a mixture of solid particles comprising at least metallic zinc and copper in alloyed form.
  • metallic zinc and metallic copper for the purposes of this disclosure, is meant zinc and copper at zero oxidation state.
  • the subject of the present disclosure relates to a process for the selective leaching of metallic zinc comprising the following successive steps: a) providing a mixture of solid particles comprising at least zinc and metallic copper in alloy form, b) at least partially immersing the mixture in a liquid solution comprising an acid (H + ions) and optionally M n + metal ions in said liquid solution, the M n + / M couple exhibiting a standard redox potential greater than that of the Zn 2+ / Zn pair, c) controlled addition of an oxidant to the liquid solution so as to maintain the cupric ions Cu 2+ at a molar concentration of less than 0.5M, said ions cupric Cu 2+ being generated by oxidation of said metallic copper or being optionally included in said liquid solution when the metallic ions M n + are cupric ions Cu 2+ .
  • copper ions Cu 2+ generated by oxidation within the meaning of the present disclosure, is meant copper ions Cu 2+ resulting from the oxidation of metallic copper included in the mixture of solid particles.
  • the oxidation of metallic copper can be generated by adding the oxidant to the initial liquid solution when this is free of cupric ions Cu 2+ as metal ions M n + and can also, in particular at the end of the reaction as explained below, to be generated when the metallic zinc included in the mixture of solid particles becomes difficult to access chemically.
  • the Cu 2+ metal ions are either only generated ab initio by oxidation, or additionally introduced into the initial liquid solution, that is to say before the implementation of step c) controlled addition of the oxidant in the form of metal ions M n + taking the form of cupric ions Cu 2+ .
  • initial liquid solution within the meaning of the present disclosure, is meant the state of the liquid solution before the implementation of step c) of adding an oxidant.
  • 0.5M corresponds to a molar concentration, in the liquid solution, of cupric ions Cu 2+ equal to 0.5 mol / L, which corresponds to a mass concentration equal to 0.5 * the molar mass of the ions in question, in this case copper ions Cu 2+ .
  • the molar mass of cupric ions Cu 2+ is approximately equal to 63.5 g / mol.
  • the addition of the oxidant is then controlled so as to maintain the mass concentration of cupric ions Cu 2+ less than approximately 31.8 g / L (0.5 mol / L * 63.5 g / mol).
  • solid particles are meant, within the meaning of the present disclosure, solid objects which may have, as their smallest dimension, a dimension of the order of a millimeter or less than a millimeter. Note that in the case where the solid objects are tubular objects, the smallest dimension is considered to be the wall thickness and not the diameter. It should be noted that, moreover, the mixture of solid particles can also comprise inert particles.
  • inert particles within the meaning of the present disclosure, is meant particles present in the mixture of solid particles and which are not transformed during the implementation of the leaching process according to the invention.
  • inert particles we can have particles of stainless steel, titanium, zirconium, precious metals, inert minerals (such as silicates, titanium oxides, other metal oxides), inert organic (such as than plastics in polypropylene PP, polyethylene PE, polyvinyl chloride PVC).
  • controlled addition is meant, within the meaning of the present disclosure, a continuous addition or an intermittent addition.
  • metal ions M n + means ions derived from a metal with n equal to 1, 2, 3 or more, preferably n equal to 2 or 3.
  • the first reaction mechanism is linked to the oxidation of the metallic zinc Zn ° with the cupric ions Cu 2+ generated by oxidation or the metallic ions M n + when said initial liquid solution comprises them, namely at least the following reaction: x Zn ° + 2 M n + x Zn 2+ + 2 M ( ' vx) with x integer less than or equal to n and with M n + possibly being Cu 2+ .
  • the remainder of the reaction requires the diffusion of the cupric ions Cu 2+ generated by oxidation or that of the metal ions M n + , when said initial liquid solution comprises them, within the particles to also attack the metallic zinc in depth and therefore presents lower kinetics.
  • the controlled addition of the oxidant in the liquid solution makes it possible to maintain, for example, constant the concentration of copper ions Cu 2+ and of metal ions M n + (if the metal ions M n + are different from the copper ions Cu 2+ ), when said initial liquid solution comprises it, to maintain the oxidation reaction of metallic zinc.
  • the oxidant is introduced in default, then the quantity of Cu 2+ or M n + ions, when said initial liquid solution contains some, will decrease and the zinc oxidation reaction will be slowed down or even stopped. If the oxidant is introduced in excess, then not only the Cu 2+ or M n + ions, when said initial liquid solution comprises them, will be oxidized, but the metallic copper present in the solid particles of metallic zinc and copper in alloy form. will also be partially oxidized, which will result in an increase in the concentration of cupric ions in the solution.
  • oxidant by controlling the addition of oxidant, it is possible to enrich the liquid solution in Zn 2+ ions resulting from the mixture of solid particles comprising at least metallic zinc and copper in alloyed form, without enriching the liquid solution in Cu 2+ ions.
  • Monitoring the Cu 2+ ion concentration therefore makes it possible to ensure that the oxidant is used for the regeneration of Cu 2+ or M n + ions, when said initial liquid solution contains it, and not for uncontrolled oxidation.
  • the addition of this oxidant can be carried out, for example, by adding hydrogen peroxide (H2O2) directly to the solution, and / or by bubbling a gas containing from 20 to 100% dioxygen.
  • H2O2 hydrogen peroxide
  • the quantity of dioxygen introduced during the use of hydrogen peroxide is given by the disproportionation equation of hydrogen peroxide (H2O2) in an acidic medium H2O2 ® 1 ⁇ 2 O2 + H2O.
  • the quantity of dioxygen to be introduced into the liquid solution varies according to the oxidants used from 0.1 to 20 mok2 / h.kgZn alloyed-
  • cupric ions Cu 2+ by oxidation when the metallic zinc included in the mixture of solid particles becomes difficult to access chemically.
  • cupric Cu 2+ ions are then furthermore generated by oxidation of metallic copper while the liquid solution already comprises Cu 2+ ions (those generated during the implementation of step c) of controlled addition of an oxidant or those included in the liquid solution as metal ions M n + ).
  • metallic zinc which is difficult to access chemically means zinc which is not found directly on the surface of the solid particles included in the mixture and for which the kinetics of its oxidation reaction is very high. greatly slowed down.
  • step c) of adding the oxidant the dezinced solid particles are removed from the liquid solution. It should be noted that this liquid solution can be used to leach the zinc included in another mixture of solid particles, until the solution is saturated with zinc ions.
  • the solid particles comprising metallic zinc and copper in alloy form may be solid particles of brass.
  • the brass particles can have about 70% copper and 30% zinc.
  • the solid particles comprising metallic zinc and copper in alloyed form can either consist exclusively of metallic zinc and copper alloys, or consist of metallic zinc alloyed with copper and at least one other metal or metallic alloy.
  • step c) of controlled addition of an oxidant in the liquid solution can also be carried out so as to maintain the molar concentration of metal ions M n + , when the liquid solution comprises them, lower. at a predefined concentration value or between two predefined values.
  • the oxidant can be added, during step c), so as to maintain the molar concentration of metal ions M n + , when said liquid solution comprises them, in said liquid solution between 0, 2 and 0.5M.
  • the oxidant can be chosen from air, O2, O3, H2O2, and mixtures thereof.
  • the metal ions M n + which may be included in said liquid solution, can be chosen from Fe 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ or Cu 2+ or their mixtures.
  • step c) is carried out so as to maintain the molar concentration of cupric ions Cu 2+ in said liquid solution between 0.2 and 0.5M.
  • step c) is carried out so as to maintain the concentration at the same time. molar of cupric ions Cu 2+ less than 0.5M, and also to maintain the molar concentration of metal ions M n + in said liquid solution between 0.2 and 0.5M.
  • the metal ions M n + of the liquid solution in which the mixture is immersed can, preferably, be Fe 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ or Cu 2+
  • the controlled addition of the oxidant is necessarily at least controlled with regard to the molar concentration of cupric ions Cu 2+ .
  • the cupric Cu 2+ ions, the molar concentration of which is controlled necessarily originate at least from the mixture of solid particles comprising at least zinc and copper, but can also originate from the liquid solution which may also include metal ions M n + , for example cupric ions Cu 2+ .
  • the acid can be selected from sulfuric acid, sulfamic acid or methanesulfonic acid, and mixtures thereof.
  • the acid may be sulfuric acid, the concentration of which in the liquid solution may be between 15 and 300 g / L.
  • the liquid solution can further comprise chloride ions.
  • chloride ions make it possible to accelerate the kinetics of the two reaction mechanisms by promoting the corrosive action of the liquid solution.
  • the chloride ions can be provided by hydrochloric acid, or by a metal salt such as sodium chloride, potassium chloride or even lithium chloride, rubidium chloride, manganese chloride, chloride calcium, copper chloride, zinc chloride, nickel chloride. Ions chlorides are introduced into the liquid solution in a form which can dissolve while taking care not to introduce pollutants and / or phases which would precipitate with possible sulfate ions.
  • the concentration of chloride ions in the liquid solution may be less than or equal to 1 g / L.
  • the concentration of chloride ions in the liquid solution can be between 5 mg / L and 100 mg / L.
  • the method may further comprise a step consisting in measuring, as a function of time, the zinc concentration of the liquid solution.
  • the temperature of the liquid solution can be between 50 and 110 ° C and preferably between 75 and 95 ° C, so as to increase the kinetic factor of the two reaction mechanisms.
  • the method may further comprise a step of physical reduction of the solid particles so as to reduce at least their smallest dimension prior to step a) of providing the mixture of solid particles.
  • the physical reduction step may, for example, consist of grinding or crushing using a press, hammer or pestle (or any other means known to those skilled in the art. art).
  • the solid particles supplied in step a) of supply may have, as the smallest dimension, a dimension less than or equal to 3 mm.
  • the solid particles immersed in the liquid solution can be stirred continuously or intermittently so as to initiate the attrition of the solid particles between them to promote access to the zinc to be leached by the liquid solution and thus prevent the formation of a copper layer on the surface of the solid particles.
  • EXAMPLE 1 Leaching process according to the invention using a first liquid solution SI.
  • a first liquid solution SI is produced containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 135 g / L (or 1.35M), copper sulphate at a concentration approximately equal to 45 g / L in copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • this first SI liquid solution is introduced into a grooved glass flask with lifters of a rotary evaporator.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the first liquid solution SI (L / S with L representing the total volume of the first liquid solution SI present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2. It should be noted that the grooves of the balloon allow the mixture of solid particles present in the first liquid solution S 1 to be raised and therefore properly stirred.
  • the first liquid solution SI thus obtained is analyzed. It is observed that it contains 52.5 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to an extraction of 60% by mass of metallic zinc present in the initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it does not contain more copper than the quantity initially present in the solution, which indicates that the metallic copper has remained in the mixture in the form of solid particles.
  • EXAMPLE 2 Leaching process according to the invention using a second liquid solution S2.
  • a second liquid solution S2 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 135 g / L (or 1.35M), copper sulfate at a concentration approximately equal to 45 g / L in copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 100 mg / L in chlorides.
  • this second liquid solution S2 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the second liquid solution S2 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 68 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 73% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it does not contain more copper than the quantity initially present in the solution, which indicates that the metallic copper has remained in the mixture in the form of solid particles.
  • EXAMPLE 3 Leaching process according to the invention using a third liquid solution S3.
  • a third liquid solution S3 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 170 g / L (or 1.70M), copper sulfate at a concentration approximately equal to 25 g / L in copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • this third liquid solution S3 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • a mixture of solid particles preheated to 80 ° C minimum, comprising metallic zinc and copper in alloy form, is added, the metallic zinc being at a mass concentration approximately equal to 123 g / kg relative to the total weight of the mixture, and the metallic copper being at a mass concentration approximately equal to 600 g / kg relative to the total weight of the mixture.
  • This mixture is characterized by approximately 245 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 305 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 1.33 .
  • the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature approximately equal to 90 ° C.
  • the third liquid solution S3 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 46 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 65% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it does not contain more copper than the quantity initially present in the solution, which indicates that the metallic copper has remained in the mixture in the form of solid particles.
  • EXAMPLE 4 Leaching process according to the invention using a fourth liquid solution S4.
  • a fourth liquid solution S4 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 150 g / L (or 1.5M), copper sulfate at a concentration approximately equal to 20 g / L in copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • this fourth liquid solution S4 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • a mixture of solid particles pre-heated to 80 ° C minimum, comprising metallic zinc and copper in alloy form is added, the metallic zinc being at a mass concentration approximately equal to 175 g / kg relative to the total weight of the mixture, and the metallic copper being at a concentration approximately equal to 700 g / kg relative to the total weight of the mixture.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the fourth liquid solution S4 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 68 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 65% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it does not contain more copper than the quantity initially present in the solution, which indicates that the metallic copper has remained in the mixture in the form of solid particles.
  • EXAMPLE 5 Leaching process according to the invention using a fifth liquid solution S5.
  • a fifth liquid solution S5 is prepared containing sulfamic acid (H3NSO3) at a molar concentration approximately equal to 1.5M, copper sulfate at a concentration approximately equal to 20 g / L in copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • H3NSO3 sulfamic acid
  • copper sulfate at a concentration approximately equal to 20 g / L in copper
  • hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • this fifth liquid solution S5 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • a mixture of solid particles pre-heated to 80 ° C minimum, comprising metallic zinc and copper in alloy form is added, the metallic zinc being at a mass concentration approximately equal to 175 g / kg relative to the total weight of the mixture, and the metallic copper being at a mass concentration approximately equal to 700 g / kg relative to the total weight of the mixture.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the fifth liquid solution S5 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 51.2 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 47% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it does not contain more copper than the quantity initially present in the solution, which indicates that the metallic copper has remained in the mixture in the form of solid particles.
  • EXAMPLE 6 Leaching process according to the invention using a sixth liquid solution S6.
  • a sixth liquid solution S6 is produced containing methanesulfonic acid (MSA) at a molar concentration approximately equal to or 1.5M, copper sulfate at a concentration approximately equal to 20 g / L copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • MSA methanesulfonic acid
  • this sixth liquid solution S6 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the sixth liquid solution S6 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 43.9 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 41% by mass of metallic zinc extracted from initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it does not contain more copper than the quantity initially present in the solution, which indicates that the metallic copper has remained in the mixture in the form of solid particles.
  • EXAMPLE 7 Leaching process according to the invention using a seventh liquid solution S7.
  • a seventh liquid solution S7 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 150 g / L (or 1.5M), nickel sulphate at a concentration approximately equal to 20 g / L in nickel, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • this seventh liquid solution S7 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • a mixture of solid particles preheated to 80 ° C minimum, comprising metallic zinc and copper in alloy form is added, the metallic zinc being at a concentration approximately equal to 175 g / kg relative to the total weight of the mixture, and the metallic copper being at a concentration approximately equal to 700 g / kg relative to the total weight of the mixture.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the seventh liquid solution S7 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 45 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 46% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Furthermore, it is also observed that it contains only 0.9 g / L of Cu 2+ ions, which indicates that only 0.4% of the metallic copper has been dissolved in solution. [68] EXAMPLE 8 Leaching process according to the invention using an eighth liquid solution S8.
  • an eighth liquid solution S8 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 150 g / L (or 1.5M), tri valent iron sulfate (Fe 3+ ) at a concentration approximately equal to 20 g / L in iron, and hydrochloric acid at a concentration approximately equal to 40 mg / L in chlorides.
  • this eighth liquid solution S8 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the eighth liquid solution S8 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 45.6 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 35% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it contains only 0.32 g / L of Cu 2+ ions, which indicates that only 0.15% of the metallic copper has been dissolved in solution.
  • EXAMPLE 9 Leaching process according to the invention using a ninth liquid solution S9.
  • a ninth liquid solution S9 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 150 g / L (or 1.5M), and hydrochloric acid at a concentration approximately equal to 40 mg / L as chloride.
  • this ninth liquid solution S9 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the ninth liquid solution S9 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 46.8 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 41% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Furthermore, it is also observed that it contains only 0.2 g / L of Cu 2+ ions, which indicates that only 0.1% of the metallic copper has been dissolved in solution.
  • EXAMPLE 10 Leaching process according to the invention using a tenth liquid solution S 10.
  • a tenth liquid solution S 10 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 135 g / L (or 1.35M), copper sulfate at a concentration approximately equal to 45 g / L of copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L of chlorides. - Then, this tenth liquid solution S10 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately equal to 90 ° C.
  • the tenth liquid solution S 10 thus obtained is analyzed. It is observed that it contains approximately 53 g / L of Zn 2+ ions, which corresponds to 63% by mass of metallic zinc extracted from the initial mixture of solid particles. Moreover, it is also observed that it does not contain more copper than the quantity initially present in the solution, which indicates that the metallic copper has remained in the mixture in the form of solid particles.
  • EXAMPLE 11 Comparative Leaching Process Using an Eleventh SU liquid solution.
  • an eleventh liquid solution SI 1 is prepared containing sulfuric acid at a concentration approximately equal to 135 g / L (or 1.35M), copper sulphate at a concentration approximately equal to 45 g / L in copper, and hydrochloric acid at a concentration of approximately 40 mg / L in chlorides.
  • this eleventh liquid solution SI 1 is introduced into the same glass flask as that used in Example 1.
  • a mixture of solid particles preheated to 80 ° C minimum comprising zinc and metallic copper in alloy form, the metallic zinc being at a mass concentration approximately equal to 175 g / kg relative to the total weight of the mixture and the metallic copper being at a mass concentration approximately equal to 700 g / kg relative to the total weight of the mixture.
  • This mixture is characterized by approximately 475 g / kg of brass Cu 63% / Zn 37% and 400 g / kg of metallic copper not alloyed with Zn in the presence of other metals such as stainless steel and aluminum.
  • the proportion of the mixture of solid particles in the liquid solution (L / S with L representing the total volume of the liquid solution present in the flask and expressed in liters, and S representing the total weight of the mixture of solid particles and expressed in kilograms) is approximately equal to 2.
  • Example 2 the liquid solution comprising the mixture of solid particles is stirred and at a temperature of approximately 90 ° C for 3.5 hours.
  • the eleventh SI 1 liquid solution thus obtained without adding oxidant is analyzed at regular time intervals. It is observed that from 1 hour of reaction, the concentration of zinc ions in solution stabilizes at approximately 27 g / L, which means that only 33% of the mass of metallic zinc present in the solid mixture has been extracted. At the same time, it is observed that the concentration of cupric ions drops during the first hour of reaction and that it is then stable at a value close to 0.1 g / L.
  • the following table summarizes the implementation and the results of the various examples indicated above.
  • Example 11 the reaction mechanisms stop after 1 h because the cupric ions Cu 2+ are consumed. Moreover, by comparing Examples 10 and 11, it is noted that the supply of oxygen in Example 10 does indeed allow the copper ions to be regenerated so that the leaching of the zinc takes place longer than in Example 11, this being so. to ensure better zinc extraction. Using this table, it can also be seen that the zinc is indeed selectively leached.

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Abstract

Procédé de lixiviation sélective de zinc L'invention concerne un procédé de lixiviation sélective de zinc métallique comprenant les étapes successives suivantes : a) fourniture d'un mélange de particules solides comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, b) immersion au moins en partie dudit mélange dans une solution liquide comprenant un acide et optionnellement des ions métalliques Mn+ dans ladite solution liquide, le couple Mn+/M présentant un potentiel standard d'oxydoréduction supérieur à celui du couple Zn2+/Zn, c) ajout contrôlé d'un oxydant dans la solution liquide de manière à maintenir les ions cuivriques Cu2+ à une concentration molaire inférieure à 0,5M, lesdits ions cuivriques Cu2+ étant générés par oxydation dudit cuivre métallique ou étant optionnellement compris dans ladite solution liquide lorsque les ions métalliques Mn+ sont des ions cuivriques Cu2+.

Description

Description
Procédé de lixiviation sélective de zinc
[1] L’objet de la présente divulgation se rapporte à un procédé de lixiviation sélective de zinc métallique compris dans un mélange de particules solides comprenant au moins du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée.
[2] Par zinc métallique et cuivre métallique, au sens de la présente divulgation, on entend du zinc et du cuivre au degré d’oxydation zéro.
[3] Il est connu que le zinc métallique perturbe fortement la mise en œuvre de récupération, par la méthode courante d'électroraffinage en milieu sulfurique, du cuivre métallique présent dans le mélange précité. Éliminer alors le zinc métallique avant de procéder à G électroraffinage est essentiel. Par exemple, il est possible pour ce faire de procéder à une dissolution acide qui permet d’éliminer le zinc métallique, présent sous forme libre et/ou alliée à l’aluminium (zamak), dans le mélange métallique à traiter. Cependant, il est à noter qu’à la suite de cette dissolution, une part importante de zinc qui n’a pas réagi reste dans le mélange; il s’agit du zinc allié au cuivre sous forme de laiton (on dit alors que le zinc est laitonné), qui va toujours fortement impacter l’efficacité de l’étape d’électroraffinage du cuivre métallique. Une étape spécifique supplémentaire doit donc être mise en œuvre pour éliminer spécifiquement et sélectivement le zinc laitonné.
[4] Actuellement, pour extraire sélectivement du zinc compris dans un mélange de particules solides comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, par exemple dans un alliage comprenant du cuivre et du zinc, typiquement un alliage de laiton, on utilise soit des procédés pyrométallurgiques, soit des procédés hydrométallurgiques. Par exemple, on introduit actuellement l’alliage de laiton dans un four pyrométallurgique classique, soit pour faire un nouvel alliage de laiton, soit pour sublimer le zinc métallique dans les fumées, puis on récupère le cuivre métallique présentant alors une pureté élevée. Les procédés hydrométallurgiques, utilisant notamment de l’acide sulfurique, mènent à la dissolution complète du cuivre et du zinc pour ce type d’alliage, avant de réaliser une étape de récupération sélective du cuivre dissout, par exemple par cémentation avec de la poudre de zinc.
[5] Toutefois, de tels procédés présentent des inconvénients comme :
- une consommation énergétique importante dans les procédés pyrométallurgiques,
- une consommation importante de réactifs dans les procédés hydrométallurgiques, notamment lorsque le zinc ne représente qu’une faible proportion du mélange de particules solides composées majoritairement de cuivre,
- une consommation de zinc liée à la quantité de cuivre à cémenter dans une solution dans laquelle sont dissous le zinc et le cuivre, ou encore
- le fait que le cuivre récupéré sous forme de poudre ou fines particules solides après cémentation est pollué par du zinc, ce qui nécessite une étape de fusion puis d’ électro-raffinage supplémentaire pour améliorer sa pureté.
[6] Il existe donc un besoin de fournir un procédé palliant les inconvénients précités et permettant d’éliminer sélectivement le zinc compris initialement dans un mélange de particules solides comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée.
[7] Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, l’objet de la présente divulgation porte sur un procédé de lixiviation sélective de zinc métallique comprenant les étapes successives suivantes : a) fourniture d’un mélange de particules solides comprenant au moins du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, b) immersion au moins en partie du mélange dans une solution liquide comprenant un acide (ions H+) et optionnellement des ions métalliques Mn+ dans ladite solution liquide, le couple Mn+/M présentant un potentiel standard d’oxydoréduction supérieur à celui du couple Zn2+/Zn, c) ajout contrôlé d’un oxydant dans la solution liquide de manière à maintenir les ions cuivriques Cu2+ à une concentration molaire inférieure à 0,5M, lesdits ions cuivriques Cu2+ étant générés par oxydation dudit cuivre métallique ou étant optionnellement compris dans ladite solution liquide lorsque les ions métalliques Mn+ sont des ions cuivriques Cu2+.
[8] Il est à noter que par ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation, au sens de la présente divulgation, on entend des ions cuivriques Cu2+ issus de l’oxydation du cuivre métallique compris dans le mélange de particules solides.
[9] L’oxydation du cuivre métallique peut être générée par l’ajout de l’oxydant dans la solution liquide initiale lorsque celle-ci est exempte d’ions cuivriques Cu2+ en tant qu’ions métalliques Mn+ et peut également, notamment en fin de réaction comme expliqué par la suite, être générée lorsque le zinc métallique compris dans le mélange de particules solides devient difficilement accessible chimiquement.
[10] Ainsi, les ions métalliques Cu2+ sont soit uniquement générés ab initio par oxydation, soit introduits en outre dans la solution liquide initiale, c’est-à-dire avant la mise en œuvre de l’étape c) d’ajout contrôlé de l’oxydant, sous forme d’ions métalliques Mn+ prenant la forme d’ions cuivriques Cu2+.
[11] Par solution liquide initiale, au sens de la présente divulgation, on entend l’état de la solution liquide avant la mise en œuvre de l’étape c) d’ajout d’un oxydant.
[12] Il est à noter que 0.5M correspond à une concentration molaire, dans la solution liquide, en ions cuivriques Cu2+ égale à 0.5 mol/L, ce qui correspond à une concentration massique égale à 0.5 * la masse molaire des ions dont il est question, en l’occurrence ici des ions cuivriques Cu2+. La masse molaire des ions cuivriques Cu2+ est environ égale à 63,5 g/mol. Ainsi, à l’étape c), l’ajout de l’oxydant est alors contrôlé de sorte à maintenir la concentration massique en ions cuivriques Cu2+ inférieure à environ 31,8 g/L (0.5 mol/L * 63.5 g/mol).
[13] Par particules solides, on entend, au sens de la présente divulgation, des objets solides pouvant présenter, comme plus petite dimension, une dimension de l’ordre du millimètre ou inférieure au millimètre. Il est à noter que dans le cas où les objets solides sont des objets tubulaires, la plus petite dimension est considérée comme étant l’épaisseur de parois et non le diamètre. Il est à noter que par ailleurs, le mélange de particules solides peut comprendre en outre des particules inertes.
[14] Par particules inertes, au sens de la présente divulgation, on entend des particules présentes dans le mélange de particules solides et qui ne sont pas transformées lors de la mise en œuvre du procédé de lixiviation selon l’invention. Par exemple, comme particules inertes, on peut avoir des particules en acier inoxydable, en titane, en zirconium, en métaux précieux, en minéraux inertes (tels que les silicates, les oxydes de titane, autres oxydes métalliques), en organiques inertes (tels que les plastiques en polypropylène PP, polyéthylène PE, polychlorure de vinyle PVC).
[15] Par ajout contrôlé, on entend, au sens de la présente divulgation, un ajout en continu ou un ajout intermittent.
[16] Par ions métalliques Mn+, on entend, au sens de la présente divulgation, des ions issus d’un métal avec n égal à 1, 2, 3 ou plus, de préférence n égal à 2 ou 3.
[17] Le procédé selon la présente divulgation permet entre autre :
- de réduire la consommation de réactifs, notamment d’acide et de zinc métallique, par rapport aux procédés hydrométallurgiques actuellement utilisés,
- de réduire la consommation d’énergie par rapport aux procédés pyrométallurgiques actuellement utilisés, - de garder le cuivre sous forme métallique,
- de ne pas former d’oxyde d’azote lié à l’utilisation d’acide nitrique comme c’est le cas, par exemple, dans certains procédés hydrométallurgiques actuellement connus.
[18] Le procédé selon la présente divulgation s’appuie sur deux mécanismes réactionnels :
- l’oxydation du zinc métallique en ions Zn2+ par les ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation ou, le cas échéant, par les ions métalliques Mn+ compris en outre dans la solution liquide initiale (ces ions métalliques Mn+ pouvant être des ions cuivriques Cu2+), et
- la régénération des ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation ou, le cas échéant la régénération des ions métalliques Mn+ lorsque ladite solution liquide initiale en comprend (ces ions métalliques Mn+ pouvant être des ions cuivriques Cu2+), par oxydation contrôlée en milieu acide oxydant.
[19] En particulier, le premier mécanisme réactionnel est lié à l’oxydation du zinc métallique Zn° avec les ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation ou les ions métalliques Mn+ lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, à savoir au moins la réaction suivante : x Zn° + 2 Mn+ x Zn2+ + 2 M('vx) avec x entier inférieur ou égal à n et avec Mn+ pouvant être Cu2+.
[20] Pour compenser la consommation en Mn+ (qui peut être du Cu2+) liée au premier mécanisme réactionnel, le deuxième mécanisme qui a lieu est celui lié à l’oxydation des ions métalliques M('vx) selon la réaction suivante :
2 M(n x)+ + 2x H+ + x/20 2 Mn+ + x H20.
[21] Les deux mécanismes réactionnels cités ci-avant permettent en particulier d’éliminer sélectivement le zinc métallique suite à son oxydation par les ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation ou par les ions métalliques Mn+ pouvant également être des ions cuivriques Cu2+, lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, cette oxydation ayant lieu suite à la diffusion des ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation ou par des ions Mn+, lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, au sein des particules solides métalliques. Ce mécanisme témoigne d'une cinétique rapide lors des premières minutes de réaction lorsque le zinc métallique est facilement accessible en surface des particules solides métalliques. Le reste de la réaction nécessite la diffusion des ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation ou celle des ions métalliques Mn+, lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, au sein des particules pour également s’attaquer au zinc métallique en profondeur et présente donc des cinétiques plus faibles. [22] L’ajout contrôlé de l’oxydant dans la solution liquide permet de maintenir, par exemple, constante la concentration en ions cuivriques Cu2+ et en ions métalliques Mn+ (si les ions métalliques Mn+ sont différents des ions cuivriques Cu2+), lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, pour entretenir la réaction d’oxydation du zinc métallique. Si l’oxydant est introduit en défaut, alors la quantité d’ions Cu2+ ou Mn+, lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, va diminuer et la réaction d’oxydation du zinc sera ralentie voire arrêtée. Si l’oxydant est introduit en excès, alors non seulement les ions Cu2+ ou Mn+, lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, seront oxydés, mais le cuivre métallique présent dans les particules solides de zinc et de cuivre métalliques sous forme alliée sera aussi en partie oxydé, ce qui se traduira par une augmentation de la concentration en ions cuivriques dans la solution. Ainsi, en contrôlant l’ajout d’oxydant, il est possible d’enrichir la solution liquide en ions Zn2+ issus du mélange de particules solides comprenant au moins du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, sans enrichir la solution liquide en ions Cu2+. Le suivi de la concentration en ions Cu2+ permet donc de s’assurer que l’oxydant est bien utilisé pour la régénération des ions Cu2+ ou Mn+, lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, et non pour l’oxydation incontrôlée du cuivre métallique présent dans l’alliage et qui donne lieu à une libération importante d’ions Cu2+. L’ajout de cet oxydant peut être réalisé, par exemple, par l’ajout de peroxyde d’hydrogène (H2O2) directement dans la solution, et/ou par bullage d’un gaz contenant de 20 à 100% de dioxygène. La quantité de dioxygène introduite lors de l’utilisation de peroxyde d’hydrogène est donnée par l’équation de dismutation du peroxyde d’hydrogène (H2O2) en milieu acide H2O2 ® ½ O2 + H2O. La quantité de dioxygène à introduire dans la solution liquide varie selon les oxydants utilisés de 0.1 à 20 mok2/h.kgZn allié-
[23] Il est à noter qu’en fin de réaction, lorsque la mise en œuvre de l’étape d’ajout contrôlé de l’oxydant est arrêtée, cela entraîne l'arrêt de la régénération d’ions cuivriques Cu2+ ou d’ions métalliques Mn+, lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, et donc l’appauvrissement des ions cuivriques Cu2+ ou des ions métalliques Mn+, le cas échéant, dans la solution liquide s’il reste encore du zinc métallique allié dans le mélange de particules solides.
[24] Il est à noter que la fin des deux mécanismes réactionnels peut être observée lorsqu’il y a une augmentation brusque de la concentration en ions cuivriques Cu2+ dans ladite solution liquide. En effet, si le maximum de zinc a été récupéré et qu’il devient difficilement accessible chimiquement, alors les ions cuivriques Cu2+ générés par oxydation ou les ions Mn+ (qui peuvent être des ions cuivriques Cu2+), lorsque ladite solution liquide initiale en comprend, ne seront plus réduits par l’oxydation du zinc, donc l’oxydant ajouté en solution commencera à oxyder le cuivre métallique présent dans les particules solides de zinc et de cuivre métalliques sous forme alliée (alliage laitonné par exemple) et la concentration en ions cuivriques dans la solution liquide augmentera brusquement.
[25] Ainsi, en fin de réaction, on peut également avoir génération d’ions cuivriques Cu2+ par oxydation lorsque le zinc métallique compris dans le mélange de particules solides devient difficilement accessible chimiquement. En particulier, lorsque le zinc métallique compris dans le mélange de particules solides est difficilement accessible chimiquement, des ions cuivriques Cu2+ sont alors en outre générés par oxydation du cuivre métallique alors que la solution liquide comprend déjà des ions Cu2+ (ceux générés lors de la mise en œuvre de l’étape c) d’ajout contrôlé d’un oxydant ou ceux compris dans la solution liquide en tant qu’ions métalliques Mn+).
[26] Par zinc métallique difficilement accessible chimiquement, on entend au sens de la présente invention, du zinc qui ne se retrouve pas directement à la surface des particules solides compris dans le mélange et pour lequel la cinétique de sa réaction d’oxydation est très fortement ralentie.
[27] Une fois les deux mécanismes finis et après avoir arrêté la réalisation de l’étape c) d’ajout de l’oxydant, les particules solides dézinguées sont retirées de la solution liquide. Il est à noter que cette solution liquide peut être utilisée pour lixivier le zinc compris dans un autre mélange de particules solides, jusqu'à saturation de la solution en ions zinc.
[28] De préférence, les particules solides comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée peuvent être des particules solides de laiton. Par exemple, les particules de laiton peuvent présenter environ 70% de cuivre et 30% de zinc.
[29] Cependant, les particules solides comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée peuvent être soit exclusivement constituées de zinc et cuivre métalliques alliés, soit être constituées de zinc métallique allié au cuivre et au moins d’un autre métal ou alliage métallique.
[30] En outre, l’étape c) d’ajout contrôlé d’un oxydant dans la solution liquide peut être mise en œuvre également de manière à maintenir la concentration molaire en ions métalliques Mn+, lorsque la solution liquide en comprend, inférieure à une valeur de concentration prédéfinie ou entre deux valeurs prédéfinies.
[31] De préférence, l’oxydant peut être ajouté, lors de l’étape c), de manière en outre à maintenir la concentration molaire en ions métalliques Mn+, lorsque ladite solution liquide en comprend, dans ladite solution liquide entre 0,2 et 0,5M. [32] De préférence, l’oxydant peut être choisi parmi l’air, O2, O3, H2O2, et leurs mélanges.
[33] De préférence, les ions métalliques Mn+, pouvant être compris dans ladite solution liquide, peuvent être choisis parmi Fe2+, Fe3+, Ni2+ ou Cu2+ou leurs mélanges.
[34] Dans le cas où les ions métalliques Mn+ compris en outre dans la solution liquide sont des ions cuivriques Cu2+, alors l’étape c) est mise en œuvre de manière à maintenir la concentration molaire en ions cuivriques Cu2+ dans ladite solution liquide entre 0,2 et 0,5M.
[35] Dans le cas où les ions métalliques Mn+ compris en outre dans la solution liquide ne sont pas des ions cuivriques Cu2+, alors l’étape c) est mise en œuvre de manière, à la fois, à maintenir la concentration molaire en ions cuivriques Cu2+ inférieure à 0,5M, et également à maintenir la concentration molaire en ions métalliques Mn+ dans ladite solution liquide entre 0,2 et 0,5M.
[36] Par ailleurs, il est à noter que, le cas échéant, les ions métalliques Mn+ de la solution liquide dans laquelle le mélange est immergé (étape b) peuvent, de préférence, être du Fe2+, Fe3+, Ni2+ ou Cu2+, alors que l’ajout contrôlé de l’oxydant (étape c) est nécessairement au moins contrôlé au regard de la concentration molaire en ions cuivriques Cu2+. Les ions cuivriques Cu2+ dont la concentration molaire est contrôlée sont nécessairement au moins issus du mélange de particules solides comprenant au moins du zinc et du cuivre, mais peuvent également être issues de la solution liquide qui peut comprendre en outre des ions métalliques Mn+, par exemple des ions cuivriques Cu2+.
[37] De préférence, les ions métalliques Mn+ lorsqu’ils sont compris dans ladite solution liquide et pouvant être des ions Cu2+, présentent une concentration molaire initiale dans la solution liquide qui peut être comprise entre 0,1 et 0,8M.
[38] De préférence, l’acide peut être choisi parmi l’acide sulfurique, l’acide sulfamique ou l’acide méthanesulfonique, et leurs mélanges.
[39] De préférence, l’acide peut être de l’acide sulfurique dont la concentration dans la solution liquide peut être comprise entre 15 et 300 g/L.
[40] De préférence, la solution liquide peut comprendre en outre des ions chlorures. Ces ions chlorures permettent d’accélérer la cinétique des deux mécanismes réactionnels en favorisant l’action corrosive de la solution liquide. Par exemple, les ions chlorures peuvent être apportés par l’acide chlorhydrique, ou par un sel métallique tel que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium ou encore le chlorure de lithium, le chlorure de rubidium, le chlorure de manganèse, le chlorure de calcium, le chlorure de cuivre, le chlorure de zinc, le chlorure de nickel. Les ions chlorures sont introduits dans la solution liquide sous une forme qui peut se dissoudre en veillant à ne pas introduire de polluants et/ou de phases qui précipiteraient avec d’éventuels ions sulfates.
[41] De préférence, la concentration en ions chlorures dans la solution liquide peut être inférieure ou égale à 1 g/L.
[42] De préférence, la concentration en ions chlorures dans la solution liquide peut être comprise entre 5 mg/L et 100 mg/L.
[43] De préférence, le procédé peut comprendre en outre une étape consistant à mesurer, en fonction du temps, la concentration en zinc de la solution liquide.
[44] De préférence, la température de la solution liquide peut être comprise entre 50 et 110°C et de préférence entre 75 et 95°C, de manière à accroître le facteur cinétique des deux mécanismes réactionnels.
[45] De préférence, le procédé peut comprendre en outre une étape de réduction physique des particules solides de manière à diminuer au moins leur plus petite dimension préalablement à l’étape a) de fourniture du mélange de particules solides. L’étape de réduction physique peut, par exemple, consister en un broyage ou en un écrasement à l’aide d’une presse, d’un marteau ou d’un pilon (ou tout autre moyen connu de l'homme de l'art).
[46] De préférence, les particules solides fournies à l’étape a) de fourniture peuvent présenter, comme plus petite dimension, une dimension inférieure ou égale à 3 mm.
[47] Il est à noter par ailleurs, que les particules solides immergées dans la solution liquide peuvent être agitées en permanence ou par intermittence de sorte à engager l’attrition des particules solides entre elles pour favoriser l’accès au zinc à lixivier par la solution liquide et ainsi empêcher la formation d’une couche de cuivre à la surface des particules solides.
[48] D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif.
[49] EXEMPLES
[50] Produits les sels métalliques sulfate de cuivre (II), sulfate de nickel (II), sulfate de fer (III), les acides 0 acide sulfurique (H2SO4),
0 acide sulfamique (HOSO2NH2),
0 acide méthanesulfonique (CH3SO3H), les oxydants 0 air,
0 dioxygène (O2),
0 peroxyde d’hydrogène (H2O2).
[51] Tests analyses de la solution après la mise en œuyre du procédé de lixiviation selon l’invention
[52] Les ions métalliques en solution ont été analysés soit par microméthode spectrophotométrique (kit Lange zinc LCK 360, cuivre LCK329) soit par spectroscopie de fluorescence des rayons X (XRF). Ces analyses ont été effectuées sur des échantillons des onze solutions liquides objet des exemples selon l’invention ci-dessous.
[53] Matériels utilisés: un ballon en verre rainuré avec rclcvcurs. un évaporateur rotatif commercialisé par la société Heidolf, un bain thcrmostaté. une pompe.
[54] EXEMPLE 1 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une première solution liquide SI.
[55] - En premier lieu, on élabore une première solution liquide SI contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 135 g/L (ou 1.35M), du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 45 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette première solution liquide SI dans un ballon en verre rainuré avec releveurs d’un évaporateur rotatif.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et raluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la première solution liquide SI (L/S avec L représentant le volume total de la première solution liquide SI présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2. Il est à noter que les rainures du ballon permettent de relever et donc de brasser correctement le mélange de particules solides présentes dans la première solution liquide S 1.
- Ensuite, on immerge une partie au moins du ballon en verre dans un bain d'huile (ou d’eau) sous agitation et réglé à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute de l’air, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 2.6 mo h.kgzn allié pendant 6 heures, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à maintenir, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solides, une concentration en ions cuivriques Cu2+ constante et environ égale à 25g/L.
- Puis, on analyse la première solution liquide SI ainsi obtenue. On observe qu’elle contient 52,5g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à une extraction de 60% en masse de zinc métallique présent dans le mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient pas davantage de cuivre que la quantité présente initialement dans la solution, ce qui indique que le cuivre métallique est resté dans le mélange sous forme de particules solides.
[56] EXEMPLE 2 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une deuxième solution liquide S2.
[57] - En premier lieu, on élabore une deuxième solution liquide S2 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 135 g/L (ou 1.35M), du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 45 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 100 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette deuxième solution liquide S2 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute du dioxygène pur à 95%, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 9,7 mo h.kgzn allié pendant 6,5 heures, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à maintenir, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solide, une concentration en ions cuivriques Cu2+ constante et environ égale à 30 g/L.
- Puis, on analyse la deuxième solution liquide S2 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 68 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 73% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient pas davantage de cuivre que la quantité présente initialement dans la solution, ce qui indique que le cuivre métallique est resté dans le mélange sous forme de particules solides.
[58] EXEMPLE 3 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une troisième solution liquide S3.
[59] - En premier lieu, on élabore une troisième solution liquide S3 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 170 g/L (ou 1.70M), du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 25 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette troisième solution liquide S3 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 123 g/kg par rapport au poids total du mélange, et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 600 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 245 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 305 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que acier inoxydable et aluminium La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 1,33. - Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute du peroxyde d’hydrogène à 30% en masse, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 1.8 mo h.kgzn allié pendant 6 heures, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à maintenir, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solide, une concentration en ions cuivriques Cu2+ constante et environ égale à 20 g/L.
Puis, on analyse la troisième solution liquide S3 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 46 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 65% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient pas davantage de cuivre que la quantité présente initialement dans la solution, ce qui indique que le cuivre métallique est resté dans le mélange sous forme de particules solides.
[60] EXEMPLE 4 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une quatrième solution liquide S4.
[61] - En premier lieu, on élabore une quatrième solution liquide S4 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 150 g/L (ou 1.5M), du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 20 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cete quatrième solution liquide S4 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange, et le cuivre métallique étant à une concentration environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute pendant 5 heures 30 minutes du peroxyde d’hydrogène à 30% en masse, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 2.83 mo h.kgzn allié, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à limiter, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solides, la concentration en ions cuivriques Cu2+ à une valeur inférieure à environ 13 g/L.
- Puis, on analyse la quatrième solution liquide S4 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 68 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 65% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient pas davantage de cuivre que la quantité présente initialement dans la solution, ce qui indique que le cuivre métallique est resté dans le mélange sous forme de particules solides.
[62] EXEMPLE 5 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une cinquième solution liquide S5.
[63] - En premier lieu, on élabore une cinquième solution liquide S5 contenant de l’acide sulfamique (H3NSO3) à une concentration molaire environ égale à 1,5M, du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 20 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette cinquième solution liquide S5 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange, et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute pendant 4 heures 30 minutes du peroxyde d’hydrogène à 30% en masse, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 3.28 mo h.kgzn allié, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à limiter, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solide, la concentration en ions cuivriques Cu2+ à une valeur inférieure à environ 5 g/L.
- Puis, on analyse la cinquième solution liquide S5 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 51,2 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 47% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient pas davantage de cuivre que la quantité présente initialement dans la solution, ce qui indique que le cuivre métallique est resté dans le mélange sous forme de particules solides.
[64] EXEMPLE 6 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une sixième solution liquide S6.
[65] - En premier lieu, on élabore une sixième solution liquide S6 contenant de l’acide méthanesulfonique (MSA) à une concentration molaire environ égale à ou 1,5M, du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 20 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette sixième solution liquide S6 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute pendant 9 heures du peroxyde d’hydrogène à 30% en masse, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 2.83 mo h.kgzn allié, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à limiter, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solide, la concentration en ions cuivriques Cu2+ à une valeur inférieure à environ 5 g/L.
- Puis, on analyse la sixième solution liquide S6 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 43,9 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 41% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient pas davantage de cuivre que la quantité présente initialement dans la solution, ce qui indique que le cuivre métallique est resté dans le mélange sous forme de particules solides.
[66] EXEMPLE 7 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une septième solution liquide S7.
[67] - En premier lieu, on élabore une septième solution liquide S7 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 150 g/L (ou 1.5M), du sulfate de nickel à une concentration environ égale à 20 g/L en nickel, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette septième solution liquide S7 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange, et le cuivre métallique étant à une concentration environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute pendant 6 heures du peroxyde d’hydrogène à 30% en masse, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 2.45 mo h.kgzn allié, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à maintenir, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solides, une concentration en ions Ni2+ constante et environ égale à 20 g/L et à limiter la concentration en ions cuivriques Cu2+ à une valeur inférieure à environ 1 g/L.
- Puis, on analyse la septième solution liquide S7 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 45 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 46% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient que 0,9 g/L d’ions Cu2+, ce qui indique que seulement 0,4% du cuivre métallique a été dissous en solution. [68] EXEMPLE 8 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une huitième solution liquide S8.
[69] - En premier lieu, on élabore une huitième solution liquide S8 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 150 g/L (ou 1.5M), du sulfate de fer tri valent (Fe3+) à une concentration environ égale à 20 g/L en fer, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette huitième solution liquide S8 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute pendant 7 heures du peroxyde d’hydrogène à 30% en masse, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 2.56 mo h.kgzn allié, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à maintenir, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solides, une concentration en ions Fe3+ constante et environ égale à 17 g/L et à limiter la concentration en ions cuivriques à une valeur inférieure à environ 0,6 g/L.
- Puis, on analyse la huitième solution liquide S8 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 45,6 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 35% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient que 0,32 g/L d’ions Cu2+, ce qui indique que seulement 0,15% du cuivre métallique a été dissous en solution.
[70] EXEMPLE 9 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une neuvième solution liquide S9. [71] - En premier lieu, on élabore une neuvième solution liquide S9 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 150 g/L (ou 1.5M), et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorure.
- Ensuite, on introduit cette neuvième solution liquide S9 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute pendant 7 heures du peroxyde d’hydrogène à 30% en masse, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 2.22 mo h.kgzn allié, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à oxyder le cuivre et maintenir, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solides, une concentration en ions Cu2+ constante et environ égale à 0,3 g/L.
- Puis, on analyse la neuvième solution liquide S9 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 46,8 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 41% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient que 0,2 g/L d’ions Cu2+, ce qui indique que seulement 0,1% du cuivre métallique a été dissous en solution.
[72] EXEMPLE 10 : Procédé de lixiviation selon l’invention à l’aide d’une dixième solution liquide S 10.
[73] - En premier lieu, on élabore une dixième solution liquide S 10 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 135 g/L (ou 1.35M), du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 45 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en de chlorures. - Ensuite, on introduit cette dixième solution liquide S10 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C.
- Puis, à l’aide d’une pompe, on ajoute pendant 6 heures de l’air, agissant comme oxydant, dans la solution liquide avec un débit moyen environ égal à 2.6 mo h.kgzn allié, cet ajout étant continu ou discontinu, de manière à limiter, dans la solution liquide comprenant le mélange de particules solides, la concentration en ions cuivriques Cu2+ à une valeur inférieure à environ 25 g/L.
- Puis, on analyse la dixième solution liquide S 10 ainsi obtenue. On observe qu’elle contient environ 53 g/L d’ions Zn2+, ce qui correspond à 63% en masse de zinc métallique extrait du mélange de particules solides initial. Par ailleurs, on observe également, qu’elle ne contient pas davantage de cuivre que la quantité présente initialement dans la solution, ce qui indique que le cuivre métallique est resté dans le mélange sous forme de particules solides.
[74] EXEMPLE 11 : Procédé de lixiviation comparatif à l’aide d’une onzième solution liquide SU.
[75] - En premier lieu, on élabore une onzième solution liquide SI 1 contenant de l’acide sulfurique à une concentration environ égale à 135 g/L (ou 1.35M), du sulfate de cuivre à une concentration environ égale à 45 g/L en cuivre, et de l’acide chlorhydrique à une concentration environ égale à 40 mg/L en chlorures.
- Ensuite, on introduit cette onzième solution liquide SI 1 dans le même ballon en verre que celui utilisé dans l’exemple 1.
- Puis, on ajoute un mélange de particules solides pré-chauffées à 80°C minimum, comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, le zinc métallique étant à une concentration massique environ égale à 175 g/kg par rapport au poids total du mélange et le cuivre métallique étant à une concentration massique environ égale à 700 g/kg par rapport au poids total du mélange. Ce mélange se caractérise par environ 475 g/kg de laiton Cu 63%/Zn 37% et 400 g/kg de cuivre métallique non allié au Zn en présence d’autres métaux tels que l’acier inoxydable et l’aluminium. La proportion du mélange de particules solides dans la solution liquide (L/S avec L représentant le volume total de la solution liquide présente dans le ballon et exprimé en litre, et S représentant le poids total du mélange de particules solides et exprimé en kilogramme) est environ égale à 2.
- Ensuite, de la même façon que dans l’exemple 1, on met la solution liquide comprenant le mélange de particules solides sous agitation et à une température environ égale à 90°C pendant 3.5 heures.
- La onzième solution liquide SI 1 ainsi obtenue sans lui avoir apporté d’oxydant est analysée à intervalle de temps régulier. On observe que dès lh de réaction la concentration des ions zinc en solution se stabilise à environ 27 g/L, ce qui signifie que seuls 33% de la masse de zinc métallique présent dans le mélange solide ont été extraits. Parallèlement on observe que la concentration en ions cuivriques chute lors de la première heure de réaction est qu’elle est ensuite stable à une valeur proche de 0.1 g/L. Le tableau qui suit récapitule la mise en œuvre et les résultats des différents exemples indiqués ci-avant.
[76] [Table 1]
Figure imgf000020_0001
[77] Il est à noter que dans l’exemple 11, les mécanismes réactionnels s’interrompent au bout de 1 h car les ions cuivriques Cu2+ sont consommés. Par ailleurs, en comparant les exemples 10 et 11, on remarque que l’apport en oxygène dans l’exemple 10 permet bien de régénérer les ions cuivriques pour que la lixiviation du zinc s’opère plus longtemps que dans l’exemple 11, cela permettant d’assurer une meilleure extraction de zinc. A l’aide de ce tableau, on constate également que le zinc est bien sélectivement lixivié.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de lixiviation sélective de zinc métallique comprenant les étapes successives suivantes : a) fourniture d’un mélange de particules solides comprenant au moins du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée, b) immersion au moins en partie dudit mélange dans une solution liquide comprenant un acide et optionnellement des ions métalliques Mn+ dans ladite solution liquide, le couple Mn+/M présentant un potentiel standard d’oxydoréduction supérieur à celui du couple Zn2+/Zn, c) ajout contrôlé d’un oxydant dans ladite solution liquide de manière à maintenir les ions cuivriques Cu2+ à une concentration molaire inférieure à 0,5M, lesdits ions cuivriques Cu2+ étant générés par oxydation dudit cuivre métallique ou étant optionnellement compris dans ladite solution liquide lorsque les ions métalliques Mn+ sont des ions cuivriques Cu2+.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, selon lequel les particules solides comprenant du zinc et du cuivre métalliques sous forme alliée sont des particules solides de laiton.
[Revendication 3] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, selon lequel l’oxydant est ajouté, lors de l’étape c), de manière à maintenir en outre la concentration molaire en ions métalliques Mn+, lorsque ladite solution liquide en comprend, dans ladite solution liquide entre 0.2 et 0.5M.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, selon lequel ledit oxydant est choisi parmi l’air, O2, O3, H2O2, et leurs mélanges.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, selon lequel les ions métalliques Mn+ sont choisis parmi Fe2+, Fe3+, Ni2+ ou Cu2+ou leurs mélanges.
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, selon lequel ledit acide est choisi parmi l’acide sulfurique, l’acide sulfamique ou l’acide méthanesulfonique, et leurs mélanges.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, selon lequel ledit acide est l’acide sulfurique dont la concentration dans ladite solution est comprise entre 15 et 300 g/L.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, selon lequel ladite solution liquide comprend en outre des ions chlorures.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 8, selon lequel la concentration ions chlorures dans ladite solution liquide est inférieure ou égale à 1 g/L.
[Revendication 10] Procédé selon la revendication 8, selon lequel la concentration en ions chlorures dans ladite solution liquide est comprise entre 5 mg/L et 100 mg/L.
[Revendication 11] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre une étape consistant à mesurer, en fonction du temps, la concentration en zinc de ladite solution liquide.
[Revendication 12] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, selon lequel la température de ladite solution est comprise entre 50 et 110°C.
[Revendication 13] Procédé selon la revendication 12, selon lequel la température de ladite solution est comprise entre 75 et 95°C.
[Revendication 14] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant en outre une étape de réduction physique des particules solides de manière à diminuer au moins leur plus petite dimension préalablement à l’étape a) de fourniture du mélange de particules solides.
[Revendication 15] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, selon lequel les particules solides fournies à l’étape a) de fourniture présentent, comme plus petite dimension, une dimension inférieure ou égale à 3 mm.
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