Extraction par solvant du zinc

Le zinc forme des complexes stables avec les extractants organophosphoriques qui sont des dérivés de l’acide phosphorique. Le plus commercialisé est le di (2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA). L’équilibre d’extraction-strippage est représenté par :

Zn_(aq)⁺⁺ + 4[(C₈H₁₇O)₂PO₂H]_(org) [(C₈H₁₇O)₂PO₂]₂Zn[HO₂P[(OC₈H₁₇)₂]_2(org) + 2H_(aq)⁺ (4.36)

Le complexe est stable aux pH supérieurs à 2,5. Un problème qui limite l’utilisation de ces extractants acides est leur sélectivité limitée pour plusieurs métaux et leur forte affinité pour l’extraction du Fe³⁺. L’extraction du zinc exige l’élimination au préalable de ces ions en solution (Owusu, 1998 ; Kongolo et al., 2003). Pour améliorer sa sélectivité, le D2EHPA est parfois utilisé en mélange avec le TBP (Tri-Butyl phosphate) qui modifie ses propriétés.

A notre connaissance, il n’existe pas encore d’usine utilisant l’extraction par solvant du zinc avec le D2EHPA. Par contre, cette extraction est très développée pour la purification de solutions, comme c’est le cas pour le cobalt à Kasese Cobalt en Ouganda, Mopani Copper Mines, Chambishi Metal Plc en Zambie et Knightsbridge Cobalt en Afrique du Sud.

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Extraction

Strippage

54 4.4.4. Diagramme de McCabe Thiele pour l’extraction et le strippage des métaux

En pratique, le nombre d’étapes d’extraction et de strippage se détermine par la construction du diagramme de McCabe Thiele. Ce graphique est construit en déterminant au laboratoire l’isotherme d’équilibre d’extraction ou de strippage en mélangeant la solution aqueuse et la solution organique à différents rapports de phase (A/O) jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint.

Après la séparation des phases, la concentration en métal dans la phase aqueuse est analysée et celle de la phase organique est calculée par différence. L’isotherme d’équilibre d’extraction est obtenue en reportant sur un graphique les concentrations à l’équilibre du métal dans la phase organique en fonction de la concentration dans la phase aqueuse. L’isotherme de strippage est obtenue en reportant sur un graphique les concentrations du métal dans la phase aqueuse en fonction de la concentration dans la phase organique. L’isotherme d’équilibre obtenue est spécifique pour un système particulier (PO/PA, T°, extractant, solvant,…).

Les changements de température, pH et concentrations d’extractant et de l’ion métallique M⁺⁺

conduiront à une autre courbe d’équilibre.

Pour construire le diagramme en escaliers de McCabe Thiele, une ligne de travail doit être ajoutée à l’isotherme d’équilibre et sa pente dépend du rapport de phase (PO/PA) pour le processus d’extraction désirée. Chaque escalier représente une étape d’extraction ou de strippage.

Dans un circuit industriel SX-EW, l’extraction et le strippage s’effectuent en continu.

L’extraction est réalisée avec une phase organique qui vient du strippage et le strippage s’effectue avec un électrolyte riche en acide qui vient de l’électrolyse à une température le plus souvent de 40 à 50°C. Ces deux opérations sont effectuées rapidement (2-3 minutes) de sorte qu’on n’atteint pas des équilibres parfaits. En tenant compte des rendements qui sont souvent de 90 à 98 %, les diagrammes de McCabe Thiele doivent être corrigés (Anderson et al., 2002).

55 4.5. Conclusions

La lixiviation des sulfures est plus difficile que celle des oxydes. Pour cette raison, la métallurgie classique commence par un grillage qui transforme les sulfures en sulfates ou oxydes. Deux inconvénients majeurs de cette technique sont d’ordre économique lorsqu’il s’agit d’un minerai ou concentré pauvre, et d’ordre environnemental car les gaz contiennent du SO2 et parfois de l’arsenic polluant pour l’atmosphère.

Des techniques alternatives de lixiviation directe des sulfures ont été développées. Pour des raisons économiques les procédés de lixiviation en milieu sulfate sont utilisés industriellement. Des problèmes peuvent se présenter suite à la formation de produits insolubles tels que le soufre, les polysulfures, les jarosites sur les particules minérales qui tendent à bloquer la lixiviation. Pour éviter la passivation par le soufre, ce dernier est oxydé par l’oxygène ou fondu par l’usage des températures proches de la fusion du soufre et des pressions élevées. Dans les procédés qui utilisent la lixiviation bactérienne, l’élimination du soufre de la surface minérale est effectuée par son oxydation en ions sulfates par l’usage des bactéries.

Comparée aux autres techniques effectuées en milieu sulfate, la biolixiviation des sulfures est une technique simple et peu coûteuse. En outre, elle offre l’avantage de permettre le traitement des minéraux sulfurés pauvres et complexes. Ce procédé utilise la capacité de certaines bactéries à oxyder les minéraux sulfurés suivant un mécanisme de contact direct ou un mécanisme indirect lequel se caractérise par la régénération constante de fer ferrique dans le milieu réactionnel et la solubilisation des sulfures par l’action chimique du Fe³⁺ sur les sulfures. Les bactéries les plus employées jusqu’à récemment sont les bactéries acidophiles mésophiles opérant à moins de 40°C. Aujourd’hui les bactéries acidophiles thermophiles sont plus largement utilisées dans les procédés industriels développés actuellement car elles offrent des cinétiques de lixiviation plus rapides. Comme tous les procédés sulfates, la lixiviation est gênée par le soufre élémentaire qui se dépose sur les minéraux et forme une barrière qui a tendance à freiner la diffusion d’ions Fe³⁺ vers les particules minérales à lixivier.

La lixiviation des minerais pauvres conduit à l’obtention de solutions moins concentrées, difficiles à traiter par l’hydrométallurgie classique. L’usage de l’extraction par solvant permet de séparer sélectivement le métal recherché. Les agents extractants du cuivre commercialisés

56 sont des hydroxyoximes dénommés LIX (LIX 64, 84, 622, 860, 984, …) développés par la société Henkel Corporation (aujourd’hui Cognis) ou ACORGA (M5640, M5850, PT5050, …) développés par la société Cytec Industries. Tous ces produits sont très sélectifs pour le cuivre lorsqu’on fait l’extraction à un pH < 2 pour éviter d’extraire le Fe³⁺. Le zinc est industriellement extrait par les extractants organophosphoriques qui sont des dérivés de l’acide phosphorique. Le plus commercialisé est le di (2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA). En général, l’extraction est réalisée à un pH moins acide en mélangeant la phase organique et la phase aqueuse par agitation. Le strippage est réalisé après l’extraction avec une nouvelle phase aqueuse de pH plus acide. L’optimisation industrielle de ces processus passe par l’établissement des isothermes d’équilibre et le tracé des diagrammes de Mc Cabe Thiele après extraction et strippage avec différents rapports de phase.

57 CHAPITRE 5