Cinétique réactionnelle
Métallurgie extractive - Pyrométallurgie

M2231 v1 Article de référence

Cinétique réactionnelle
Métallurgie extractive - Pyrométallurgie

Auteur(s) : Pierre BLAZY, El-Aid JDID

Date de publication : 10 mars 1998 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Généralités

2 - Opérations de séparation de phases en pyrométallurgie

2.1 - Calcination
2.2 - Grillage
2.3 - Fusion

Figure 4 - Schéma du haut-fourneau
2.4 - Électrométallurgie
2.5 - Convertissage
2.6 - Distillation

$Figure 10 - Schéma de la colonne de distillation (fractionnement) pour la séparation zinc-cadmium$
2.7 - Métallothermie et métallurgie en sels fondus
2.8 - Métallurgie sous vide ou sous atmosphère contrôlée

3 - Cinétique réactionnelle

3.1 - Généralités
3.2 - Interface solide-gaz

Tableau 1
3.3 - Interface l iquide-liquide
3.4 - Interface gaz-liquide
3.5 - Interface solide-liquide

4 - Échanges de chaleur

4.1 - Réactions exothermiques et endothermiques
4.2 - Pertes thermiques
4.3 - Échanges de chaleur dans les techniques récentes

Tableau 2

5 - Schémas types de pyrométallurgie

5.1 - Élaboration des métaux non réactifs et réactifs
5.2 - Exemples d’élaboration de métaux

Figure 14 - Schéma du four flash INCO Figure 18 - Schéma du four Waelz

6 - Les produits fatals de la pyrométallurgie et leur revalorisation

6.1 - Les gaz et les poussières

Tableau 3
6.2 - Les solides massifs

Tableau 4 Tableau 5

7 - Impact de la pyrométallurgie sur l’environnement

7.1 - Pollution atmosphérique

Tableau 6 Tableau 7
7.2 - Pollution des sols par les métaux lourds

Bibliographie & annexes

Présentation

Auteur(s)

Pierre BLAZY : Professeur à l’Institut national polytechnique de Lorraine (INPL) - Directeur du Centre de recherche sur la valorisation des minerais (CRVM)
El-Aid JDID : Docteur ès Sciences - Ingénieur de Recherche au CRVM, LEM UMR 75-69

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INTRODUCTION

Il est admis que le lecteur a une connaissance élémentaire de la thermodynamique chimique et des fours métallurgiques, permettant de développer des points de vue qui aient un caractère général et s’appliquent à plusieurs métallurgies. Comme il s’agit seulement d’une introduction à la pyrométallurgie, aucun sujet ne pourra être étudié à fond et il ne pourra être fourni un exposé extensif pour chacun d’eux.

Grâce aux progrès réalisés dans le domaine des connaissances physico-chimiques de base, le métallurgiste maîtrise mieux les procédés que par le passé, de sorte qu’il livre des produits plus réguliers, et peut traiter des minerais à teneurs plus faibles et des minéraux réputés réfractaires.

Grâce aux progrès dans la technologie, la pyrométallurgie a pu :

augmenter énormément la production ;
développer de hautes températures liées aux progrès dans le domaine de la technologie électrique ;
créer de nouveaux systèmes de contrôle qui visent à remplacer l’intuition et l’expérience de l’opérateur par des contrôles rigides dictés par des équations mathématiques complexes, évolution liée aux progrès de l’électronique et des calculateurs.

Enfin, il est important de signaler les progrès considérables qui concernent :

la récupération et le recyclage des métaux et des alliages, tant au niveau des fabrications qu’au niveau des métaux usés, ces derniers conduisant à des matériaux de deuxième fusion ;
la valorisation des coproduits, la pyrométallurgie ne se confinant pas à la production du métal seul ;
le traitement des gaz et des effluents, afin de protéger l’environnement (pollution de l’air, de l’eau et du sol).

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m2231

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Échanges de chaleur

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3. Cinétique réactionnelle

3.1 Généralités

La connaissance des facteurs dont dépend la vitesse d’une réaction chimique, ainsi que des mécanismes qui la contrôlent, est fondamentale pour la maîtrise d’un procédé d’extraction. En pyro-métallurgie, les réactions sont généralement hétérogènes, car elles prennent naissance et se développent à l’interface de deux phases ; les réactions homogènes sont rares et limitées.

Les réactions hétérogènes ont une cinétique qui dépend de la vitesse avec laquelle un produit réactant est transporté sur les sites réactifs de l’interface. Dans un fluide, le transport a lieu par convection et il est d’autant plus difficile à réaliser que le fluide est visqueux et immobile. Le transfert convectif doit donc être assuré par une agitation mécanique, électromagnétique ou pneumatique, de sorte que la couche de fluide, associée à la surface, dite couche limite de Nernst, ait une épaisseur minimale. Elle est plus faible pour les métaux fondus (0,001 à 0,005 cm) que pour les scories et laitiers (0,01 à 0,05 cm).

La loi de Fick (équation 1) gouverne la diffusion à travers la couche limite. Le flux J _i (g · cm⁻² · s⁻¹) d’une espèce i, diffusant dans une direction ${\vec{O}}_{x}$ , est le suivant :

J_{i} = D_{i} \frac{d c_{i}}{dx}

^( 2 )

avec :

$\frac{d c_{i}}{d x} ...$

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