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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
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8. Impact environnemental
Les procédés hydrométallurgiques ont un impact environnemental sur l’eau. Il faut le prendre en compte. Les installations hydrométallurgiques sont d’ailleurs considérées comme des installations classées ; leurs rejets sont donc soumis à autorisation et contrôlés régulièrement.
L’hydrométallurgie faisant généralement appel à des solutions acides ou basiques, des rejets liés à des purges ou à des lavages sont forcément nécessaires. Une installation de traitement d’eau est obligatoire pour éliminer les métaux en solution avant un rejet dans le milieu naturel. Une neutralisation des effluents étant forcément nécessaire, les rejets de sels sous forme de chlorures ou de sulfates seront importants. Cependant, de nombreuses techniques de traitement des eaux ont été mises au point et des rejets « proches de zéro » sont parfois atteints.
Le volume de déchets généré peut être aussi très important. Du fait qu’ils contiennent des métaux, ces déchets sont considérés comme nocifs pour l’environnement et doivent être envoyés en centre d’enfouissement technique, ou stockés sur le site dans des bassins ou des alvéoles étanches.
La goethite (oxyde de fer), générée lors du traitement de minerais de zinc, est stockée dans des bassins étanches en attendant l’élaboration d’un procédé de recyclage.
L’impact environnemental de l’hydrométallurgie est toutefois plus faible que celui de la pyrométallurgie. En effet, en pyrométallurgie, les volumes de déchets sont souvent équivalents, mais les rejets dans l’air sont extrêmement importants. Ces rejets nécessitent des techniques de traitement plus coûteuses et plus pointues que celles employées pour l’eau. De plus, les rejets de CO2 sont importants, ce qui conduit à l’augmentation de l’effet de serre.
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Les schémas de procédés doivent être conçus afin de réduire au maximum la production d’effluents, en favorisant la réutilisation des flux au sein du procédé.
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Les réactifs utilisés, les effluents produits, les équipements mis en œuvre dans les usines doivent permettre de réduire au maximum les risques pour l’homme et pour l’environnement.
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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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(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).
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(5) - CHAGNES (A.), SWIATOWSKA (J.) - Lithium process chemistry: resources, extractions, batteries and recycling. - Elsevier (2015).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Fragmentation appliquée aux minerais métalliques.
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Biotechnologies dans la métallurgie extractive – Microbiologie et extraction des métaux.
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