Présentation
Auteur(s)
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Laurent RIZET : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers - Président-directeur général de la société RVX (Recyclage-Valorisation-Expertise)
-
Pierre-Emmanuel CHARPENTIER : Docteur de l’Institut national polytechnique de Grenoble (Génie des procédés) - Ingénieur de l’École supérieure d’ingénieurs de Chambéry (Génie de l’environnement) - Responsable scientifique à la société RVX
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Lire l’articleINTRODUCTION
La métallurgie extractive peut être divisée en deux parties : la pyrométallurgie et l’hydrométallurgie.
La pyrométallurgie a été la première employée, cela dès l’Antiquité.
L’hydrométallurgie, quant à elle, n’a vu le jour qu’à partir de la fin du XIX e siècle : le procédé de cyanuration de l’or a été développé en 1887, celui de l’argent en 1900. L’électrolyse du zinc n’a été réalisée qu’à partir de 1916.
L’hydrométallurgie s’est fortement développée depuis le début du siècle et a souvent pris le pas sur des procédés pyrométallurgiques pour la production de nombreux métaux (Zn, Ni, Cu). Tout d’abord utilisée pour le traitement de minerais ou de concentrés, elle est employée, depuis une quinzaine d’années, dans le traitement de déchets métalliques.
Par rapport à la pyrométallurgie, l’hydrométallurgie est moins coûteuse en énergie du fait que les opérations sont effectuées à des températures bien inférieures. Le facteur de taille est aussi à considérer car de petites unités peuvent être conçues à des coûts réduits. Elle permet aussi le traitement de minerais plus pauvres tout en améliorant le raffinage et le rendement d’extraction.
Nous verrons tour à tour, dans cet article, les diverses étapes d’un traitement hydrométallurgique, des éléments de dimensionnement ainsi que des exemples de traitements de minerais et de déchets.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1988 par André CHESNÉ, Dominique PAREAU
- Version archivée 2 de juin 2000 par Laurent RIZET, Pierre-Emmanuel CHARPENTIER
- Version courante de juin 2022 par Alexandre CHAGNES
DOI (Digital Object Identifier)
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Exemples de traitements des minerais7. Dimensionnement d’un procédé hydrométallurgique
Les différentes étapes d’un procédé hydrométallurgique font appel à de nombreuses notions de chimie et de génie chimique. Des notions de thermodynamique et d’équilibre chimique, de transfert de matière, de cinétique chimique, d’extractions et d’électrochimie sont nécessaires à la compréhension de l’ensemble des réactions se produisant tout au long d’un procédé. Nous verrons tour à tour des éléments de calcul de chacune de ces étapes.
7.1 Notions de thermodynamique et d’équilibre chimique
Pour une étude plus poussée sur ces notions, le lecteur pourra se reporter à la rubrique « Thermodynamique » du traité Sciences fondamentales des Techniques de l’Ingénieur [2] ainsi qu’à la rubrique « Thermodynamique chimique » du traité Génie des procédés [3].
Rappelons tout d’abord quelques fonctions d’état :
G : enthalpie libre ou énergie libre de Gibbs G = H – TS
H : enthalpie H = U + PV
S : entropie
G, H, U et S sont des grandeurs extensives dépendant de la quantité de matière.
D’autres grandeurs telles que la température T, la pression P, le potentiel chimique µ sont des grandeurs intensives, indépendantes de la quantité de matière et caractéristiques des substances présentes.
En appliquant le théorème d’Euler relatif aux fonctions homogènes, nous avons :
U = TS – PV +
,
soit G =
,
soit
avec nj nombre de moles de constituants j autres que i.
Le potentiel chimique µi de l’espèce i présente dans une phase donnée d’un système est lié aux transferts de matière et est égal...
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