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PREFECTIONNENS DANS L'ENLEVEMENT DE LA SILICE ET AUTRES IMPURETES SIMILAIRES, DES SOLUTIONS METALLIFERES.
La présente invention se rapporte au traitement des so- lutions métallifères contenant des quantités notables de. si- lice, sulfate ferrique ou alumine en solution, par exemple de 3 à 35 grammes par litre de silice en dissolution, pour la séparation des dites impuretés d'avec la solution métalli- fère utlissalte
Une application spéciale de l'invention est faite au traitement acide des minerais de zinc, vanadium ou cuivre con- tenant des quantités notables de silice soluble dans l'acide.
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Le terme m'inera est employé dans la présente description dans son sens le plus large et désigne en même temps les ma- tières telles que les minerais oxydés, les minerais grillés, les concentrés grailles, les stériles, les boues, les scories et autres matières métallifères*
Dans le traitement hydro-métallurgique habituel des mine- rais de zinc, par lixiviation à l'acide pour former une solu- tion dont le métal doit ensuite être récupéré par électrolyses la solution contient généralement de la silice, en même temps que, dans certains cas, de l'oxyde ferrique et de l'alumine.
La précipitation de ces impuretés hors de la solution est ef fectuée en neutralisant la solution par une matière basique telle que l'oxyde de zinc, la cendre de zinc, la chaux, le calcaire finement broyé ou autre similaire. Les précipités ai si formés sont volumineux et gélatineux et pour cette raison sont difficile à traiter,, surtout lorsque les dites impuretés se rencontre dans la solution à un degré de concentration rela- tivement élevé, comme par exemple de 3 à 35 grammes de silice par litre, comme il est dit plus haut.
Ces précipités entraînent de fortes proportions de la solution métallifère et sont difficiles à enlever de la solu- tion par décantation et/ou filtration. En réalité, avec de hautes concentrations de silice dans la solution, le traite- ment par précipitation tel que généralement pratiqué, peut donner comme résultat une masse de précipité gélatineux par laquelle est entraînée la presque totalité de la solution utilisable, et de laquelle il a été impratiqueble jusqu'à pré- sent de récupérer la solution métallifère.
En plus dans les cas où la filtration ou la décantation du précipité n'était pratiquai, le précipité entraînait gé- génalement avec lui des quantités considérables de métaux u- tiles, à la fois comme sultion résiduaire et comme matière insoluble précipitée par (ou se trouvant dans) la substance basique employée.
Les méthodes pratiquées jusqu'ici pour la
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récupération de ces métaux utilisables résiduaires du précipité de silice, par exemple la répétition du bocardage et du filtra- ge n'ont pas donné des résultats satisfaisants pour le traite- ment des précipités formés par des solutions à forte concentra- tion de silice*
Le résultat net a été que beaucoup de minerais contenant des quantités considérables de silice soluble dans l'acide n'ont pu être traités par les méthodes connues jusque présent..
Dans le cas des minerais de cuivre, la solution de sulfa- te de cuivre obtenue par lixiviation des minerais à l'acide sulfurique, contient généralement de la silice, du fer, de l'a- lumine et d'autres impuretés venues en dissolution des minerais.
Par l'emploi de la solution en circulation dans le procédé, les impuretés/ s'accumulent à un tel degré de concentration qu'il devient nécessaire de soutirer de la circulation une partie de la solution à intervalles, la solution retirée étant traitée par le fer métallique pour la précipitation et la récupération du cuivre qu'elle contient, la solution résultante étant en- suite jetée.
Cette manière de procéder entraîne une parte économique sensible par suite de l'emploi du fer et de la perte d'acide sulfruqie dans la solution jetée, et aussi de la nécessité de traiter à nouveau le cuivre démente pour convertir sa te- neur en cuivre en lingots pour la vente*
Lorsque les minerais de cuivre en traitement contiennent de la silice soluble dans l'acide et que les solutions en traitement sont employées en circulation, on court le danger que la silice atteigne dans la solution une concentration telle qu'elle se transforme en gelée dans la solution pendant la lixiviation ou d'autres phases du procédé,
cette gelée occa sionnant des difficultés dans la marche du procédé comme dit plus haut au sujet des minerais de zinc*
Lorsque les minerais de cuivre en traitement contiennent
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des quantités notables de fer soluble dans l'acide, le fer s'accumule dans la solution en circulation sous une concentra- tion telle qu'il devient nécessaire de réduire les sels ferri- ques en sels ferreux par des agents réducteurs tels que le bio- xyde de soufre ou le cuivre métallique, avant l'électrolyse de la solution, Comme la teneur en fer augmente continuelle- ment, les frais de réduction de l'oxyde ferrique dans chaque cycle augmentent également, les exigences économiques nécessi- tant enfin que l'on retire de la circulation une partie de la solution,
qui est jetée après récupération de sa teneur en cuivre
La présente invention prévoit un moyen économique pour la séparation pratiquement complète de la solution métallifère utilisable d'avec le volumineux précipité gélatineux et diffi- cilement filtrable de silice, fer ou alumine ou autres qui se produit lorsque des isolutons métallifères contenant ces impuretés sont neutralisées par une substance basique.
L'inven tion consiste à convertir le volumineux précipité gélatineux difficilement filtrable, de silice, fer,alumine et autre, en une forme granuleuse et plus facilement filtrable par chauffage du précipité gélatineux à une température de 40 à 65öC de pré- férence aux environs de 55 C, sous agitation et en présence d'un petit excès de matière basique et de filtrer ensuite ou séparer autrement le précipité de la boue qui en résulte.
Lorsqu'on emploie une température plus basse que celle susmentionnée, la transformation du précipité de la forme géla- tineuse à la forme granuleuse aisément filtrable, est incomplè- te au point que le taux de filtration et la perfection du laya- ge ne sont pas sensiblemenamxlicoés
Lorsqu'il est employé des températures supérieures à 65 C il en résulte une perte économique par suite du supplément de dépenses pour le chauffage de la solution, sans qu'on en retire aucun avantage matériel, soit dans la quantité de matière ba-
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sique en excès nécessaire pour la conversion, soit dans le filtrage ou le lavage du précipité en employant des tempéra- tures aussi élevées.
La présence d'un certain excès de matière basique est nécessaire pour réussir la granulation du précipité, cette granulation s'étendant aparamment du degré basique de la solu- tion. Par exemple lorsqu'on ajoute de l'oxyde de zinc à la so- lution de sulfate de zi aux températures sisindiquées il s'en dissout suffisamment pour produire le degré de basicité voulu.
Lorsqu'on emploie d'autres matières basiques telles que la chaux, etc... celles-ci produisent des composée basiques du zinc dont l'effet est semblable à celui de l'oxyde de zinc com- me il est dit ci-dessus*
Une agitation complète du précipité gélatineux pendant la granulation est importante pour produire un contact intime des particules gélatineuses avec la solution basique et aussi pour maintenir le léger excès de substances basiques en suspension dans la solution.
L'invention consiste en outre à effectuer la séparation pratiquement complète du contenu en métaux utilisables en sou- mettant la silice, le fer, etc.. formant le résidu d'impuretés dans le filtre dont la masse de solution métallifère a été filtrée, à des lavages par l'acide dilué et l'eau et en fil- trant l'acide et l'eau de lavage à travers ce résidu, ce procédé étant possible par suite de la nature granuleuse du précipité réalisé par les moyens susdécrits.
Grâce à ce traitement par lavage, le restant de la solu- tion contenu dans les résidus en même temps que le zinc solu- ble dans l'acide, non encore dissous, le vanadium ou autre mé- tal précieux contenu dans les résidus sont facilement récupé- rés et on obtient un résidu de filtrage final qui est prati- quement débarrassé de toute sa valeur métallique.
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Ci-après est donné un exemple d'application de 1'inveni tion à la récupération électrolytique du zinc des minerais de zinc contenant des quantités considérables de silice soluble dans 1'eau et cette description renvoie à la Fig.1 du dessin annexé qui montre le diagramme de procédé.
A désigne l'alimentation de minerais à traiter. B indique la lixiviation du minerai par l'électrolyse épuisé des élément électrolyseurs; on peut y ajouter de l'acide sulfurique pour obtenir la force voulue.
L'opération de lixiviation est réalisée de préférence dans une cuve dans laquelle la boue est agitée par des agitateurs mé- caniques, en opposition a l'emploi de la cuve dite pachica L'emploi d'air est évité dans le but de conserver à la solution la chaleur qui est nécessaire dans la suite du procédé.
A la fin de lixiviation, il est préférable que l'acidité de la solution reste de 2 a 3 grammes d'acide libre par litre, l'acide étant calculé comme acide sulfurique.
La phase 0 indique la séparation, par triage, du sable et de la boue de @ qui @ provient de la phase B. La phase D désigne la décantation de la pulpe boueuse venant des trieurs. Des condenseurs à action continue sont employés pour la décantation, lorsque la concentration de la silice dans la solution le permet.
Toutefois lorsque la concentration de la silice dépasse 5 grammes par litre, il est préférai d'employer des déoanteurs du type actionné à intermittence, pour éviter les difficultés qui résultent du durcissement en gelée, de la silice dans la solution*
Dans ce cas, l'emploi de décanteurs intermittents est avantageus parce qu'ils permettent de soutirer toute la so- lution et la boue décantée hors de la cuve de décantation, à chaque cycle. Dans les condenseurs à action continue, il rgne certaine zone aorte ou la solution reste non agitée dans la cuve pendant un tempe trop prolongé;
en outre 11 existe toujours
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une couche de boue condensée sur le fond de la cuve, deux conditions qui tendent à produire la formation de gelée de si- lice, surtout lorsqu'on traite des solutions ayant une forte concentration de silice.
La phase E désigne la filtration et le lavage de la boue condensée venant de la phase D. Le produit filtré continue sa route pour rejoindre la solution de trop plein dans la phase D et le résidu de filtrage est déchargé.
Dans certains cas, si le résidu boueux ne contient pas de métal de valeur, et/ou s'il est de minime volume, il peut être bon de faire passer la totalité de la pulpe boueuse de la phase E à la face F
La phase F désigne la précipitation de la silices, du fere, de l'alumine et des autres impuretés de la solution, et le nouveau procédé pour la conversion du précipité gélatineux en une forma granuleuse aisément filtrable. La Solution de la phase D et de la phase E est chauffée de préférence par la vapeur, à une température de 40 à 65 C une température de 55 C environ étant préférable. Si la concentration de la silice dans la solution le permet, le chauffage peut être effectué au moyen de serpentins à vapeur immergés dans la solution.
Mais avec des solutions à forte concentration de silice, il est préférable de chauffer au moyen de vapeur vive Injectée dans la solution, pour la raison que lorsque les serpentins sont employés dans ce cas, la silice fait priée sur les serpen- tins et diminue considérablement la transmission de chaleur des serpentins à la solution*
Dans cette phase on ajoute une matière basique netureali sante soit par exemple, pour les solutions de sufate de zinc, de l'oxyde de zinc, de la cendre de zinc, du minerai de zinc oxydé, de la chaux, de la pierre calcaire ou autre similaire* il est ajouté un léger excès de matière basique sur la quantité=
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nécessaire pour neutraliser tout l'acide libre et pour rendre la solution neutre à l'essai au réactif orange au aéthyle,
et la solution est agitée jusqu'à ce que la granulation du préci- pité gélatineux soit complète; on détermine ce point d'une ma- nière satisfaisante en filtrant un échantillon de la boue sur du papier à filtrer, la solution filtrant rapidement à travers le papier lorsque la granulation du précipité est complète.
S'il existe du phosphore dans la solution, il peut être enlevé en même temps que les autres impuretés en cette phase du procédé par la méthode décrite dans une demande de brevet déposée au nom de la titulaire du présent brevet.
La précipitation de la silice etc.. se réalise plus faci- lement dans une cuve dans laquelle la plue est agitée au moyen d'agitateurs à commande mécanique, en opposition avec le type de ouve ditz "pachuc" pour éviter le refoidisemet qui ré sulte de l'emploi de l'agitation par l'air; en outre 1'agita- tion mécanique produit un précipité convenant mieux pour la filtration que celui obtenu par l'agitation par l'air.
Le traitement dure généralement une heure; mais pour lais- ser un facteur de sécurité, il est bon de continuer l'opération pendant une durée totla d'une heure et demie.
Les phases g1 à G5 désignent le nouveau procédé de sépara- tion de la solution avec ses divers contenus métalliques, du précipité sans valeur, par le filtrage et le lavage.
Le résidu de filtrage est formé dans la phase Gl et est maintenu sur la touche filtrante durant les diverses phases de lavage G2 à G5 jusqu'à ce qu'il soit finalement rejté la fin de la phase G
Le type de filtre employé est de préférons le filtre trans- portable dans une série de cuves, et dans le diagramme chacune des phases Gl à g5 inclusivement représente une cuve de ce genre.
Le proudit filtré de G1 pase dans la phase H et le filte avec sa charge d'impuretés est transporté dans la cuve de lava- ge G2
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Dans la cuve de lavage G2 le profit filtré de la cuve de lavage G 3 est employé comme solution de lavage et il est soutiré sur le résidu de filtrage d'où il entraine les rési- dus entrains dans les solutions en circulation. Le produit de filtrage de G2 est envoyé rejoindre le produit filtré de Gl et le filtre avec sa charge de résidu est alors transporté dans. la cuve de lavage G3
Dans la cuve de lavage G3 le produit filtré de G4 est em- ployé comme solution de lavage, cette.solution ayant été addi tionnée d'électrolyte épuisé ou d'acide sulfurique.
Le produit filtré de cette opération de lavage continue à avancer pour servir comme solution de la-vage dans G2 et le filtre avec sa charge de résidu est transporté dans la cuve de lavage G4
Dans la cuve de lavage G4 le produit filtré de la cuve de lavage G5 est employé comme solution de lavage. Le produit fil- tré de G4 auquel on a ajouté de l'acide sulfurique comme il a été dit ci-dessus, est envoyé pour servir comme- solution de la- vage dans G3 Le filtre avec sa charge de résidu est alors trans- porté dans la cuve de lavage G5
Dans la cuve de lavage G5 l'eau est employée comme solu- tion de lavage et le produit filtré est envoyé pour servir comme solution de lavage dans G4 Le filtre est alors enlevé de G5 et les résidus de filtrage dont toute la valeur métallique a été pratiquement dissoute et entraînée, sont jetés au rebut.
Ces résidus consistent en substances eu tmpuretés précipitées, as sociées avec l'eau de lavage mentionnée en dernier lieu.
Il est bon de remarquer qu'il est Utile en pratique, d'a- jouter du résidu de filtrage à la solution de lavage dans cha- cune des cuves de lavage, en quantité suffisante pour rendre le liquide légèrement boueux, les solides en suspension servant à obstruer les petites crevasses qui peuvent se former dans la masse de filtrage pendant le lavage.
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en remarquera que l'opération de filtrage et de lavage dans les phases G2 à G5 comporte le principe de lavage par con- tre circulation, l'eau ne pénétrant dans les circuits que par G5
Les produits filtres présenteront à peu près les caractè ristiques suivantes:
Le produit.filtre de G1 est neutre: le produit filtré de G2 neutre au début, devient lég1àremet acide la fin de 1'o- pération de lavage;
le produit filtre de G3 contient de 4 a 6 grammes d'acide 1libre par litre ; celui de G4 contient de 4 à 6 grammes d'acide libre par litre et on ajoute de l'acide frais pour porter sa force àà 8 ou 12 grammes par litre avant qu'il soit employé corne liquide de lavage dans G3;
le produit de G5 contient de 2 à 4 grammes par litre d'acide libre. n est bien entendu que les degrés d'acidité des produits filtrés donnés ci-dessous sont simplement à titre illustratif du principe des opérations, la règle étant d'ajouter l'acide frais nécessaire pour la solution 'des- quantités de métal dis- ponibles dans les résidus, au liquide de lavage d'une cuve de lavage intermédiaire dans la série, comme par exemple la se- .onde cuve de lavage, la quantité ajoutée étant telle que le produit filtré passant de la première cuve de lavage en sorte neutre ou légèrement acide. par le procédé ci-dessus des résidus ou masses de filtrage contenant 1% ou moins de 1% de zinc soulble dans 1'eau et 1% de zinc soluble dans l'acide, peuvent être obtenus corne rebut.
11 a été trouvé qu'en conduisant 1es opûration de prcéci pitatiofiltrage et lavage en lamanière décrite, des solu tions à forte-concentration de silice, comme par exemple de 3 à 35 grammes de ilice par liter epvent être préparée avec succès pour les procédés hydro-métallurgiques ordinaires pour le traitement des mineraix de zinc, et que le précipité final de silice qui en résulte peut être jeté.
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Les produits filtrés de G1 et G2 qui continuent leur route dans le procédé peuvent être envoyée soit à d'autres phases d'- épuration déjà connues dans l'industrie, ou directement aux éléments, selon les exigences métallurgiques du procédé.
Le toile filtrante ou les filtres employés pour le fil- trage du précipité de silice peuvent être remis en état de ser- vice en retirant le filtre et en le laissant sécher à l'air, ou bien en soufflant ou en aspirant de l'air chaud sur ou à travers la toile filtrante, ce séchage contractant le précipi- té dans les bords de la toile et lui donnant une nature sablon- Muse qui a pour résultat que lors de la remise en service du filtre, la toile à repris ses propriétés filtrantes et le fil- trage se produit au taux normal.
Il est préférable que le précipité de silice soit filtré dans le vide et que le vide appliqué sur les toiles filtrantes ne soit pas plus fort qu'il n'est nécessaire pour maintenir la masse fortement sur la surface du filtre, un vide de 15 à 2D pouces de mercure remplissant ces conditions. En conduisant le filtrage de cette façon, les pores de la toile ou de la masse filtrante ont moins de tendance à s'obstruer. Nous ajouterons que lorsqu'on traite des solutions de sulfate de zinc contenant de 12 à 20 grammes de silice en dissolution par litre, il est bon de limiter la concentration de zinc de la solution à environ 95 grammes par litre maximum pour éviter la possibilité d'une prise prématurée de la silice dans la solution, pendant la décantation.
Lorsque la concentration de silice dépasse 20 grammes par litre et s'approche de 30 grammes par litre, il est bon de limiter la concentration du zinc à environ 85 à 90 gram- mes de zinc par litre. Toutefois, en pratique il n'est Pas ha- bituel d'employer les concentrations de silice dépassant 20 grammes par litre, ce qui permet de maintenir la concentration du zinc à 90 ou 95 grammes par litre..
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La Fig.2 montre l'application de 1'invention à des mine- rais de cuivre. Comme l'élimination complète des impuretés n'- est pas aussi importante pour le minerai de cuivre que pour le minerai de zinc, une partie de la solution de lixiviation peut être menée directement aux éléments électrolytique 1
Le restant de la solution de lixiviation passe à la phase de précipitation F et le précipité est lavé à l'acide dans les phases G1 G2 G3 G4 et G5
La silice, l'Hydrate ferrique et les autres impuretés sont ainsi enlevés, et l'oxyde ferrique est empêche de se former dans la solution en circulation. Les produits filtrés des phases
F et G1 passent aux éléments électrolytique 1.
Lorsqu'on traite du minerai de cuivre, la question de la silice n'est généralement pas aussi grave que lorsqu'on traite des minerais de zinc silicates. Par suite, la concentration habituelle de 60 grammes par litre, peut être employée avec sé- curité lorsqu'on traite des solutions de sulfate de cuivre.
Dans certains cas, il est habituel de neutraliser la so- lution de lixiviation légèrement acide, pour la précipitation de la silice, dU fer, etc.., à la phase de lixiviation et sans d'abord séparer le résidu de lixiviation de la solution. Dans se cas, le précipité gélatineux est associé avec les résidus de lixivation Of dans le cas usuel, comme on désire faire une seconde lixiviation des résidus de la première lixiviation neutre, à un degré relativement élevé d'acidité pour extraire le métal restant du résidu de lixiviation, la présence de si- lice gélatineuse, etc.. dans le résidu final rend imratica ble la séparation de la solutionnes résidus, par filtration.
La présente invention peut être appliquée e ce cas, potir condi- tionner la silice dans le résidu acide final de la lixiviation et pour rend ce résidu aisément filtrable et lavable soit à l'eau ou à l'acide comme on le désire.