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RÉSUMÉ
L’hydrométallurgie a été initialement développée pour extraire des métaux contenus dans des minerais (ressources primaires). Depuis plusieurs décennies, l’hydrométallurgie a dû s’adapter à la nature de plus en plus complexe des minerais et elle est la technologie de choix pour traiter les ressources secondaires (résidus miniers et déchets à recycler). Elle permet d’extraire et de séparer efficacement des éléments métalliques contenus dans des matières premières ou secondaires complexes, et de produire des sels métalliques ou des métaux ultra-purs pour faire face à la demande dans de nombreux domaines stratégiques. Cet article présente les différentes opérations unitaires des procédés hydrométallurgiques et la physicochimie impliquée dans ces opérations.
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Alexandre CHAGNES : Professeur des universités - Directeur scientifique du LabEX RESSOURCES21 Université de Lorraine – GéoRessources – UMR CNRS 7359, 2, rue du Doyen Marcel-Roubault, 54505 Vandœuvre-lès-Nancy (France)
INTRODUCTION
Les procédés de la métallurgie extractive reposent sur une première étape minéralurgique qui a pour but de concentrer les métaux contenus dans les ressources à traiter (ressources primaires issues de la mine, ressources secondaires issues des activités minières ou de recyclage) afin de faciliter les étapes mises en œuvre en aval et de réduire les volumes de flux à traiter, donc la dimension des installations industrielles, et ainsi le coût de traitement (CAPEX et OPEX). Les étapes en aval du procédé minéralurgique peuvent faire intervenir une voie pyrométallurgique ou une voie hydrométallurgique.
La pyrométallurgie a été la première voie employée pour valoriser les métaux contenus dans les ressources primaires dès l’Antiquité. L’hydrométallurgie, quant à elle, n’a vu le jour qu’à partir de la fin du XIXe siècle. On peut par exemple citer le procédé de cyanuration de l’or qui a été développé en 1887 et celui de l’argent, en 1900, ou encore l’électrolyse du zinc, réalisée industriellement à partir de 1916. L’hydrométallurgie s’est fortement développée depuis le début du XXe siècle et elle continue de prendre le pas sur les procédés pyrométallurgiques pour la production de nombreux métaux contenus dans les ressources primaires (Zn, Ni, Cu, terres rares) mais aussi plus récemment pour le recyclage (récupération des terres rares dans les aimants permanents, recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques dont les batteries lithium-ion, etc.).
Par rapport à la pyrométallurgie, l’hydrométallurgie est moins coûteuse en énergie puisque 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 archivée 3 de sept. 2000 par Laurent RIZET, Pierre-Emmanuel CHARPENTIER
DOI (Digital Object Identifier)
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Prétraitement
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1. Principe de l’hydrométallurgie
L’hydrométallurgie consiste en une succession d’opérations chimiques caractérisées par la mise en solution d’un métal et par son élaboration à partir de cette solution. Elle comprend principalement les étapes suivantes, qui sont séparées par des opérations de séparation solide/liquide dans certains cas :
-
lixiviation : mise en solution du métal ;
-
purification : extraction de la solution des impuretés autres que le métal désiré ;
-
élaboration du métal désiré.
La purification de la solution n’est pas toujours nécessaire, si le minerai ou le déchet traité contient peu ou pas d’impuretés solubles. Bien souvent, un raffinage du métal produit est indispensable, afin de conditionner le métal sous une forme commercialisable (lingots, sels métalliques, etc.). Après élaboration du métal, la solution est, d’une manière générale, recyclée dans l’étape de lixiviation.
À ces opérations doivent s’ajouter, dans la plupart des cas, des opérations de prétraitement pour conditionner le métal sous une forme lixiviable ou pour le concentrer.
La figure 1 reprend ces étapes principales.
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L’hydrométallurgie fait intervenir des étapes de lixiviation, d’extraction-séparation-purification et de mise en forme du produit semi-fini ou fini.
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Les opérations unitaires combinées dans le schéma de procédé sont mises en œuvre pour réduire l’impact environnemental et la consommation de réactifs, et donc le coût de fonctionnement du procédé en favorisant le recyclage des flux.
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Principe de l’hydrométallurgie
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SHIH (Y.J.), CHIEN (S.K.), JHANG (S.R.), LIN (Y.C.) - Chemical leaching, precipitation and solvent extraction for sequential separation of valuable metals in cathode material of spent lithium ion batteries. - J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 100, p. 151-159 (2019).
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(2) - LI (L.) et LU (J.Y.R) - Ascorbic-acid-assisted recovery of cobalt and lithium from spent Li-ion batteries. - J. Power Sources, 218 p. 21-27 (2012).
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(3) - GOLMOHAMMADZADEH (R.J.), FARAJI (F.), RASHCHI (F.) - Recovery of lithium and cobalt from spent lithium ion batteries (LIBs) using organic acids as leaching reagents: A review. - Resource Conservation and Recycling,136, p. 418-435 (2018).
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(4) - LEWIS (A.E.) - Review of metal sulphide precipitation. - Hydrometallurgy, 104(2), p. 224-234 (2010).
-
(5) - CHAGNES (A.), SWIATOWSKA (J.) - Lithium process chemistry: resources, extractions, batteries and recycling. - Elsevier (2015).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Fragmentation appliquée aux minerais métalliques.
-
Biotechnologies dans la métallurgie extractive – Microbiologie et extraction des métaux.
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