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Procédé pour l'obtention de zinc extrêmement pur.
L'obtention électrolytique de zinc se faisait jusqu'à présent de telle façon que l'on lessivait des matières oxydées ou carbonatées zinciques avec des solutions d'acide sulfurique, ces solutions étant purifiées avec le plus grand soin, et en- suite électrolysées avec des anodes insolubles et des tôles cathodiques fixes ; le zinc se dépose sur les cathodes sous for- me de tôles denses, à condition que les solutions satisfassent aux exigences sévères de pureté à elles posées.
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Le métal obtenu contient environ 99,9 à 99,99 % de zinc, à côté de petites quantités d'impuretés, inutilisables pour beaucoup d'applications.
L'électrolyse avec des anodes insolubles est la seule forme d'obtention électrolytique de zinc qui soit entrée dans la pratique ; est vrai que quelques autres méthodes ont été proposées, mais leur exécution pratique se révéla impossible.
Ainsi, on a proposé, il y a quelques temps déjà, de produire du zinc électrolytique à partir de solutions de sels de zinc en électrolysant ces solutions avec des cathodes d'amalgame, 1' amalgame ainsi obtenu étant ensuite branché comme anode dans un deuxième électrolyte zincique et le zinc devant se déposer sur une cathode fixe. Ce deuxième stade de fabrication, c'est-à-dire l'obtention de zinc à partir d'amalgame de zinc, devait être exécuté dans une cellule électrolytique dont le fond était cou- vert avec l'amalgame servant d'anode, alors que la cathode était suspendue.dans l'électrolyte verticalement à l'anode.
Ce pro- cédé n'a aucune valeur pratique, ne serait-ce déjà que parce qu'il ne permet que l'obtention de dépôts de zinc extrêmement minces à peine décollables et que, même dans le cas d'un élec- trolyte extrêmement pur et fortement colloïdal , desexcroissan- ces de zinc dites"bourgeons"se forment, peu après le passage du courant, sur le côté des anodes tournées vers l'amalgame, bourgeons qui provoquent des court.-circuits. De plus, le zinc obtenu contient toujours des quantités considérables de mercure qui restreignent son domaine d'application.
Mais on n'aboutit pas non plus à un procédé techni- quement utilisable en disposant les cathodes horizontalement au-dessus de l'amalgame; outre que de telles cellules, tout en exigeant beaucoup de place, ne produiraient que peu de zinc,. elles fonctionnent à des tensions élevées et fournissent - -
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également des dépôts contenant du mercure, qui sont irréguliers et à peine décollables.
On vient de trouver, chose étonnante, que l'on peut obtenir du zinc de très grande pureté facilement décollable, par exemple d'une teneur en zinc de 99,999 % et plus, et avec un avantage technique particulier,-en transformant le zinc du produit de départ en un amalgame de zinc et en produisant, à partir de cet amalgame, par voie électrolytique, du zinc métal- lique de la ;manière suivante : On dispose en couche mince 1' amalgame de zinc formant les anodes sur des surfaces portantes métalliques verticales, ces surfaces ayant été traitées au pré- alable de façon qu'elles aient reçu une couche superficielle de zinc.
Ces anodes sont disposées parallèlement à des plaques cathodiques également verticales pourvues de baguettes de bordure et dans un électrolyte composé d'une solution acide de sel de zinc, le zinc étant ensuite partiellement extrait de 1' amalgame anodique, qui est ramené après dans le processus pour être à nouveau concentré.
De cette manière, on parvient non seulement à sur- monter toutes les difficultés techniques qui rendaient jusqu' à présent totalement impossible l'emploi d'amalgame de zinc comme substance intermédiaire pour l'obtention de zinc électro-. lytique, mais on ouvre de plus, de façon étonnante, la voie . pour l'obtention d'un zinc d'une pureté non encore atteinte..
Même à partir de matières premières à très forte teneur d'im- puretés, par exemple à partir de solutions de sel de zinc à teneur d'impuretés tellement élevée qu'une opération électro- lytique devait parattre jusqu'à ce jour complètement insensée, on obtient directement un zinc métallique dans lequel on ne peut déceler, ni chimiquement ni physiquement, par les méthodes analytiques les plus sensibles, les poisons d'alliage comme le plomb, le cadmium, le thallium,, l'étain, le fer etc., poi- sons qui existent toujours au moins à l'état de traces, même dans les meilleures qualités de zinc, ni d'autres impuretés du zinc.
Cette qualité extraordinaire n'est nullement obte- nue par*dès opérations d'épuration compliquées, mais unique-
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quement par l'emploi , jusqu'à présent techniquement impos- sible, d'amalgame de zinc, comme substance intermédiaire. Le stade intermédiaire d'amalgame, à condition, toutefois, qu'il soit appliqué de la manière conforme à l'invention, se montre, chose étonnante, comme un stade d'épuration d'une efficacité remarquable; cette force d'épuration agit même sans exception sur tous les éléments qui accompagnent le zinc, peu importe que leurs propriétés soient plus près ou plus éloignés, par rapport au zinc, de celles des métaux précieux, qu'ils forment ou non des amalgames et que leurs amalgames soient solubles, difficilement solubles ou insolubles dans le mercure.
De cet- te manière, on écarte donc totalement du produit final, non seulement des alcalis, et alcalis-terreux, les groupes du fer et les métaux de couleur, mais aussi les éléments rares qui accompagnent le zinc, comme l'indium, le gallium, le thallium.
Il est ici complètement indifférent dans quelle concentra- tion ces impuretés se trouvent dans la matière de départ. Si l'amalgame de zinc est obtenu par voie électrolytique, il est particulièrement important que, contrairement aux électrolyses dezine faites jusqu' à présent, les impuretés de l'électrolyte de départ n'aient le plus souvent aucune influence, et si oui, aucune influence décisive, sur le déroulement régulier de la format:on cathodique de l'amalgame de zinc. Mais la force d' épuration du stade intermédiaire d'amalgame peut être exploitée aussi bien en préparant l'amalgame de zinc par une autre voie que l'électrolyse.
Toutes ces circonstances, techniquement si importantes, étaient inconnues jusqu'à présent puisqu'on ne peut les déduire des propriétés de l'amalgame décrites dans les publications, et que la production de zinc électrolytique, à partir d'amalgame de zinc, était à ce jour techniquement impos sible .
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Lorsque l'amalgame à préparer est obtenu par élec- trolyse de solutions impures de sels de zinc, il est, malgré cela, avantageux de soumettre ces électrolytes de départ à une certaine épuration, afin de ralentir l'accumulation des impuretés dans l'amalgame. L'épuration des électrolytes de zinc a été faite, jusqu'à présent, comme on le sait, en trai- tant les solutions à haute température par de la poudre de zinc, pour éliminer le plomb, le cadmium, le cuivre, le cobalt, le nickel et les autres métaux.
Cette épuration est bien dif- ficile et coûteuse, les solutions devant être portées à de très hautes températures, la filtration effectuée rapidement un grand excès de la poudre de zinc coûteuse devat être le plus souvent prélevée sur des productions étrangères coûteuses.Etant donné que, suivant l'expérience, des opérations peuvent facile- ment rester sans bon résultat, on a publié toute une série de projets, en partie bien coûteux, d'améliorations, comme l'em- ploi de poudre de zinc cuivrée, ou ldition de sels de cuivre et d'émétique à la solution à cémenter.
Contrairement à cela, il a été trouvé que l'on peut traiter avec un ava@age particu- lier, suivant le procédé conforme à l'invention, des solutions de sels de zinc impures, de péféfence celles contenant du fer, du nickel ou du cobalt, en purifiant au préalable ces so- lutions par traitement avec de l'amalgame de zinc liquide et en les transformant ensuite par électrolyse avec des cathodes de mercure en un mélange d'amalgame qui est purifié, par intermit- tence ou d'une façon continue, par filtration, décantation ou autre opération appropriée pour séparer le dépôt d'avec une solution.
Pour le traitement de la solution avec l'amalgame de zinc liquide, on peut employer le même amalgame qui est produit dans le stade ultérieur d'électrolyse, ou encore l'amalgame ob- tenu parissolution de zinc métallique dans du mercure, ou d' une autre manière. Il y a avantage à employer,l'amalgame d' - -
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épuration sous forme de pellicules minces, appliquées sur de petits corps porteurs faits en métal insoluble dans le mercure et amalgamés de manière appropriée. Dans cette opération, on extrait de l'electrolyte toute une série d'impuretés, comme le cuivre, le plomb, le cadmium, le thallium, l'étain etc., alors qu'une quantité correspondante de zinc passe de l'amalgame en solution.
Les impuretés peuvent être extraites comme sous-pro- duits par régénération du mercure mis en oeuvre, par exemple en faisant partir le mercure par distillation, ou en transformant 1' amalgame, éventuellement fractionné, avec de l'acide nitrique, du nitrate de mercure, ou autres solutions appropriéés. Mais, contrairement à ce qui se passe pour la cémentation par la poudre de zinc, quelques impuretés, en particulier le fer et le cobalt, ne sont pas touchées par cette épuration, de sorte qu'une telle cémentation d'amalgame n'entre pas en ligne de compte pour les électrolyses de zinc à cathodes fixes, par exemple pour les pro- cédés de Tainton, Giesche ou Anaconda.
Cependant, on a été sur- pris de constater que toutes ces impuretés non éliminées peuvent être sans exception, chassées de l'amalgame par simple filtra- tion, décantation ou autre opération appropriée de séparation d' un dépôt d'avec une solution, du moment qu'elles passent avec le zinc dans le mercure pendant l'électrolyse ultérieure de l'amal- game. Du point de vue technique, il est particulièrement impor- tant précisément que ces impuretés, éliminées seulement par la filtration de l'amalgame, ne se dissolvent pas, même à l'état de très faibles traces, avec le zinc, dans cette décomposition anodique de l'amalgame suivant l'invention, quoiqu'elles se com- portent dans la production de l'amalgame comme des métaux poins précieux que le zinc.
Ces impuretés ont, de plus, comme on l'a constaté, l'importante propriété de se déposer, sous forme de pellicule, sur des surfaces de fer amalgamées, de sorte qu'elles
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peuvent êtres éliminées de façon continue et automatique à l'aide de dispositifs simples. Ces pellicules se-forment éga- lement sur les disques anodiques, où elles ne gênent pas, et peuvent à l'occasion être éliminées avec des raclettes, à moins de préférer une autre forme d'épuration de l'amalgame.
Mais le procédé conforme à l'invention offre aussi la possibilité de transformer en zinc électrolytique extrêmement pur des poussières de zinc métalliques, des déchets de zinc ou des décrets d'alliages de zinc, lorsqu'on prépare l'amalgame qui doit subir le traitement d'électrolyse anodique, par dissolution de ces matières dans du mercure. Jusqu'à ce jour, on avait l'ha- bitude d'affiner les déchets contenant du zinc par fusion et de le rendre à la consommation sous le nom de "remelted" ou "zinc garanti".
Mais ces produits ne sont nullement de haute valeur ; ils n'égalent même pas la qualité du zinc de fonderie, parce que la force d'épuration des procédés de régénération employés à ce jour, est insuffisante ; tels produits ne peuvent pas être employés pour le laminage ou la fabrication du laiton, à plus farte raison par exemple pour des alliages de grandevaleur pour pro- jections en fusion. D'autre part, une fraction seulement des déchets de zinc ainsi obtenu peut être employée de cette façon, notamment dans la mesure où il satisfait à certaines conditions minima concernant les impuretés présentes. Suivant le procédé conforme à l'invention, des déchets même très impurs peuvent être directement transformés en zinc métallique extrêmement pur à la seule condition d'avoir un caractère de métal.
La production d'amalgame de zinc à partir de tels déchets est faite avec un avantage particulier en travaillant à des températures élevées en présence d'acides, par exemple d'acide sulfurique dilué..Le procédé peut également être appliqué à la transformation de dé- chets d'alliages de zinc, l'aluminium et le magnésium présents étant déjà séparés lors de la production de l'amalgame et pas- sant en solution aqueuse.
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Les surfaces portantes servant à la décomposition anodique de l'amalgame peuvent être en général en fer, nickel, cobalt et aciers, ou en métal insoluble dans le mercure, ou en métal difficilement soluble dans du mercure, du moment que ce métal a, par rapport au zinc, des propriétés qui se rapprochent davantage de celles des métaux précieux, comme par exemple le cuivre ; mais pour l'exécution du procédé il est d'importance essentielle de conférer à la surface de ces porteurs d'amalgame une certaine teneur en zinc.
Il est notamment très facile de recouvrir des' supports bruts, par exemple en fer, d'une couche mince de certains amalgames, par exemple d'amalgame sodique; pourtant, avec de l'amalgame de zinc on n'y arrive d'aucune manière, de sorte qu'il devient compréhensible que l'on n'ait pas pû exécuter à ce jour des électrolyses anodiques d'amalgame techniquement utilisables, justement avec de l'amalgame de zinc.
Le traitement préliminaire suivant l'invention, des porteurs d'amalgame anodiques, traitement qui conduit au dépôt de zinc sur la surface du porteur et par suite, comme on l'a constaté, à des amalgamations irréprochables et stables, même pour un gros effort anodique, peut se faire de manière à zinguer les supporta, avant leur mise en service, électrolytiquement ou par pyrogénation; il est également possible de déposer une couche de zinc par projection de métal liquide. Mais la couche super- ficielle de zinc des porteurs d'amalgame anodique, couche in- dispensable pour le procédé, peut également être obtenue en traitant ces porteurs avec de l'amalgame de zinc et des acides concentrés, de préférence avec de l'acide chlorhydrique concen- tré, ou avec de l'amalgame de zinc et des acides dilués, à des températures élevées, de préférence au dessus de 70 .
De tels porteurs anodiques d'amalgame préalablement traités sont com- plètement recouverts d'une couche régulière par l'amalgame de zinc et donnent ainsi la bonne amalgamation sans laquelle une marche régulière et l'obtention de zinc métallique extrêmement
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pur, et en particulier exempt de mercure, ne sont pas possibles.
Pour l'obtention de zinc extrêmement pur il est, de plus, encore indispensable de ne pousser l'extraction du zinc de l'amalgame que jusqu'à dissolution anodique d'une fraction seulement du zinc contenu dans l'amalgame, alors que la majeure partie'du zinc retourne avec le mercure dans le cycle du pro- cessus, pour être concentré à nouveau. Une partie des impuretés qui accompagnent le zinc dans la matière de départ s'accumule graduellement dans l'amalgame, de sorte que celui-ci doit être .enlevé de temps en temps et purifié de manière appropriée. Il est cependant possible d'extraire par exemple directement d'un amalgame dans lequel les impuretés représentent le tiers du poids du zinc, du zinc d'une pureté de 99,999 %, si l'on n'en extrait pas plus de 10 % de l'amalgame, ce dernier étant ensuite renvoyé dans le circuit.
L'invention peut être mise en oeuvre techniquement de différentes façons; il est par exemple possible de construire les surfaces portantes pour l'amalgame branché anodiquement sous forme de tôles rectangulaires fixes arrosées par en haut avec de l'amalgame; mais on peut également employer des bagues de disques circulaires, tournant sur des rouleaux, en partie immergées dans d'amalgame, ou des installations semblables.
Une forme d'exécution préconisée par l'invention est expliquée plus en détail au moyen des figures I et 2. L'amalgame de zinc formant les anodes est appliqué en couche mince dans un bac à cellules caoutchouté'a, sur des disques métalliques b traités conformément à l'invention, qui tournent sur un axe central c.
La moitié inférieure de ces disques plonge dans l'amalgame, la moitié supérieure, par contre, plonge dans l'électrolyte h.
L'axe et les disques anodiques solidaires de celui-ci sont mis en rotation lente au moyen de la poulie à courroie m. Des corps de remplissage destinés à réduire le volume de la cellule pour l'amalgame sont disposés dans l'amalgame. L'électrolyte
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peut être lentement mis en mouvement par une conduite d'arri- vée f et une conduite de départ g. ainsi que par une pompe non figurée sur le dessin; il est toutefois particulièrement avantageux de veiller à ce que le mouvement de l'électrolyte dans la cellule soit le plus faible possible.
Les cathodes e peuvent par exemple avoir une forme rectangulaire ou en demi- cercle et être construites en zinc; mais il est étonnant que, malgré l'action empoisonnante connue du mercure sur l'aluminium, il soit possible d'employer ini directement comme matière catho- dique pour le zinc également l'aluminium, éprouvé depuis long- temps. Les cathodes reçoivent le courant par des barres isolées i, alors que les disques anodiques sont reliés à la source de courant en 1, par l'intermédiaire de l'amalgame et de la cellule elle-même.
Il est avantageux de maintenir les tôles cathodiques par des guides latéraux, tels qu'ils sont indiqués à la fig. 3, et de déterminer exactement leur distance des anodes ; onprotège avantageusement les bords des plaques cathodiques avec des ba- guettes de bordure qui suppriment la formation de bourgeons de zinc, provoquée par l'action des arêtes. On a constaté que des baguettes en caoutchouc mou possèdent des avantages techniques particuliers, elles facilitent notablement, en particulier, le travail de décollage des tôles. Les baguettes disposées sur le dessous des cathodes doivent, dans le cas de cathodes en alumi- nium, avoir la forme d'une double rainure, représentée dans la fig. 3, coupe II-II. Les baguettes du pourtour en demi-cercle des cathodes peuvent avoir la forme simple de la coupe I-I.
On obtient une forme favorable du bord des tôles de zinc élec- trolytique, pour l'application du couteau de décollage par la pose d'un bloc, comme indiqué fig. 3, coupe III-III. On prévient également le risque de formation de "bourgeons" de zinc en augmentant de tous les côtés la surface cathodique destinée à la séparation du zinc de quelques centimètres, par rapport à la
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surface anodique opposée ; dansle; cas d'emploi de cathodes rectangulaires, la surface supplémentaire peut être protégée avec un enduit de caoutchouc..
Lors de l'électrolyse, la bonne amalgamation ne peut être maintenue durable et avec sûreté que si l'électro- lyte employé est acide, de préférence d'une teneur en acide d' environ 1 n ou plus ; dansd'autres électrolytes, les supports en particulier ceux en fer, se rouillent peu à peu en profon- deur, l'amalgame est repoussé par des taches de plus en plus grandes, et la production des cellules arrive ainsi à se tarir.
L'électrolyte peut, du reste, contenir du sulfate de zinc ou du chlorure de zinc, ou un autre sel de zinc facilement soluble ou encore un mélange de ces sels; mais on peut également ajouter des sels dont les cations possèdent une tension de séparation considérablement plus haute que le zinc, par exemple des sels alcalins. L'emploi d'un électrolyte de sulfate de zinc à acidité sulfurique d'une teneur d'environ 200 g/1 H2SO4 et environ - - 55 g/1 de Zn sous forme de sulfate est particulièrement avanta- geux. Il est très important que l'électrolyte employé soit abso lument pur chimiquement, qu'il soit notamment exempt des plus faibles traces d'antimoine, d'étain, de cobalt, de nickel.
Les sels de zinc du commerce, même ceux du plus haut degré de pureté technique atteint jusqu'à ce jour, ne répondent pas à cette exigence. Conformément à l'invention, on obtient un électro lyte de la pureté nécessaire en mettant les cellules en mar- che avec de l'acide sulfurique très pur ne contenant pas encore de sel de zinc ; lezinc passe alors sur l'anode en solution, alors que sur la cathode il se forme de l'hydrogène avec con- sommation d'acide sulfurique. A mesure que la concentration en zinc de l'électrolyte augmente, se sépare alors sur la cathode, en même temps que de l'hydrogène, aussi du zinc, avec un ren- dement de courant s'améliorant constamment, mais beaucoup - -
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moins que n'en dissout l'anode.
La concentration en zinc de l'électrolyte augmente donc constamment et d'autant plus len- tement qu'elle est devenue plus grande ; enmême temps, de l'acide sulfurique est consommé. Finalement, l'électrolyte arri- ve à la composition désirée pour l'exécution du procédé, mais continue à se déplacer lentement à mesure que l'électrolyse se poursuit, dans le sens d'une augmentation de la concentration en zinc et d'une diminution de la concentration en acide sulfu- rique. Conformément à l'invention, on peut maintenir la compo- sition de l'électrolyte constante en employant deux groupes de cellules pour l'électrolyse, pourvues de cathodes fixes, dont l'un est équipé avec des anodes d'amalgame et l'autre avec des anodes insolubles, et qui échangent les électrolytes soit con- tinuellement, soit par intermittence.
Il en résulte donc que la diminution en acide des cellules d'amalgame correspond à une augmentation en sel de zinc exactement équivalente et que, d'autre part, il se forme dans les cellules équipées avec les anodes insolubles, une quantité d'acide exactement correspon- dante stoechiométriquement à la quantité de zinc qui se sépare comme métal dans ces cellules, peu importe si le rendement en courant est fort ou faible dans les cellules.
Si l'on règle le rapport des deux genres de cellules ou le rapport des quantités de courant attribuées, sous une forme appropriée, dépendante des deux rendements en courant, et si l'on laisse l'électrolyte en circuit constant ou intermittant des cellules d'amalgame dans les cellules pourvues d'anodes insolubles et de là, de nou- veau dans les cellules d'amalgame, la composition de l'électro- lyte reste alors continuellement constante et tout le zinc de l'amalgame est entièrement transformé en zinc métallique extrê- mement pur, sans qu'il soit nécessaire de jamais remplacer l'é- lectrolyte par de l'électrolyte frais.
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Soit le rapport des deux quantités de courant 1 : 10;: comme anodes insolubles on peut, par exemple, employer des gril.. les de platine ou des anodes Tainton. Il ressort que dans les électrolyses d'amalgame anodiques l'électrolyte n'est nullement sali par l'électrolyse mais, au contraire, ce qui est caracté- ristique, devient de plus en plus pur, de telle sorte que la pureté du zinc séparé est de même augmentée d'une valeur inuis- tée et pas/encore atteinte jusqu'ici.
Par le maintien, conformé- ment à l'invention, de la constance de la composition de l'élec- trolyte, il est possible de travailler continuellement avec un électrolyte de grande valeur et inusable, et d'éviter les im- puretés qui se glissent toujours avec l'électrolyte constamment renouvelé dans les procédés d'électrolyse du zinc en usage jus- qu'à ce jour.
On travaille, suivant l'invention, avec un avantage particulier, en employant un électrolyte qui, contrairement aux électrolyse de zinc en usage jusqu'à ce jour, ne contientaucune sorte de colloïde ou matiè-res à surfaces actives et aussi - exempt de matières en suspens, qui est doncoptiquementclair.
On a constaté que cette condition est essentielle pour l'obten- tion d'un zinc métallique exempt de mercure. Il ne suffit tou- tefois pas pour la production d'un zinc métallique extrêmement pur de renoncer à l'addition de colloïde, considérée jusqu'à ce jour comme une condition Indispensable pour les électrolyses de zinc, mais il est plutôt nécessaire de protéger l'électrolyte de tout contact avec des matières génératrices de colloïdes, telles que le bois, mauvais enduit caoutchouté ou tissu de fil- tration inconsistant. Il est surprenant que l'absence de tous colloïdes n'amène pas de difficultés techniques d'aucune sorte, les tôles deviennent aussi lisses que dans les électrolytes con- tenant des colloïdes et se laissent même encore mieux décoller des pla- ques cathodiques.
La renonciation à l'addition de colloïdes n'
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est toutefois possible que si l'électrolyte utilisé ne contient pas d'impuretés métalliques, même à l'état de traces les plus faibles.
On a constaté, en outre, qu'un tel zinc extrêmement pur, en particulier exempt de mercure, ne peut être obtenu qu' en évitant dans la circulation de l'amalgame les mouvements turbulents, en particulier les chutes d'amalgame, partout où 1' amalgame , est en contact avec l'électrolyte de l'électrolyse d'amalgame anodique. Pour la même raison, la vitesse de cota- tion des disques anodiques doit, comme il a été trouvé, être aussi faible que possible, de préférence de 2 à 6 rotations à la minute. Finalement, il est encore nécessaire, pour obtenir un zinc exempt de mercure, qu'avec l'amalgame introduit dans les cellules, aucun produit d'oxydation de cet amalgame ne soit entrainé.
Ces produits d'oxydation se forment par exemple lors du contact de l'amalgame avec l'air, sous forme d'écumes pul- vérulentes ou pâteuses, qui sont sûrement retenues par un bar- rage immergé, construit dans l'arrivée d'amalgame. Entre la cellule produisant de l'amalgame et celle décomposant de l'amal- game se trouvent de préférence deux barrages et après la cellu- le décomposant de l'amalgame se trouve de préférence un barrage; l'amalgame est arrosé entre les deux premiers barrages avec 1' électrolyte usé de la cellule décomposante.
Il a déjà été décrit dans d'autres publications que de petites quantités de mercure peuvent influencer les proprié- tés du zinc. La résistance par exemple de ce métal à l'attaque des acides est augmentée, de même que différentes propriétés de solidité et autres propriétés technologiques. Pour certaines propriétés, des teneurs en mercure pas trop faibles ont une net- te influence nuisible. De toute façon, la concentration de cet- te impureté joue dans le zinc métallique un rôle décisif, en particulier lorsqu'il faut comparer leurs avantages et incon- vénients.
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Il est donc, dans certaines circonstances, désirable de conférer, déjà dans la cellule, au zinc électrolytique ob- tenu à partir d'amalgame de zinc, une teneur en mercure exac- tement définie. Cela peut se faire en augmentant la vitesse de rotation des disques anodiques, par exemple jusqu'à 30 tours à la minute, éventuellement après addition à l'électrolyte de quantités dosées de colloïdes et de matières en suspens. De cet- te manière, la teneur en mercure peut être réglée à volonté dans les limites intéressantes qualitativement et techniquement, notamment entre 0,001 et 0,01.
Toutèfois, dans les électrolytes exempts de colloïdes et optiquement claire, et avec un nombre de tours des anodes le plus faible possible, on obtient des tôles de zinc dont la teneur en mercure se trouve à la limite de la possibilité de le déceler, par exemple à 0,0002 %.
Exemple 1 :
Une solution chlohydrique de zinc chauffée à 40 qui, à côté de différentes autres impuretés, contient encore 95 g/1 de Zn, 1,2 g/1 de Cd, 0,8 g/1 de Pb et 1,4 g/1 de Fe, est mé- langée suivant le principe du contre-courant avec un amalgame de zinc à 1 %, 200 kg par m3, et ensuite soumise à l'électrolyse avec emploi de cathodes en mercure et d'anodes en graphite, . avec une densité de courant cathodique de 1750 amp./m2i La tem- pérature de l'électrolyse est de 70 . On obtient un amalgame de zinc à 2 %, contenant du fer, qui est refroidi à 25 par passage dans un réfrigérant et décomposé anodiquement dans une cellule d'électrolyse raccordée au réfrigérant. Une fois par mois, 1' amalgame, remis ensuite dans le circuit, est débarrassé par fil- tration du fer accumulé.
La cellule de décomposition consiste en un réservoir en fer, enduit intérieurement de caoutchouc, dans lequel passe un axe introduit au moyen d'une boite à gar- niture portant à intervalles égaux, et disposés verticalement six disques circulaires en acier au chrome-nickel d'un diamètre de 150 cm. Ceux-ci sont constamment et régulièrement mus par un moteur, et cela à la vitesse de 2 tours à la minute. Ces disques
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plongent par leur moitié inférieure dans l'amalgame de zinc à 2 % dont le volume est maintenu faible au moyen de corps de remplissage. Avant leur introduction dans la cellule, les dis- ques sont couverts par voie électrolytique d'une couche de zinc.
La moitié supérieure de la cellule est remplie avec une solution aqueuse d'acide sulfurique contenant 250 g/1 de H2SO4. Les catho- des en aluminium épaisses de 10 mm. polies et brillantes sur les deux côtés, sontsuspendues exactement dans le milieu entre deux disques circulaires, en tout au nombre de cinq, alors que sur les côtés extrêmes sont placées deux autres cathodes en alumi- nium dont les surfaces opposées aux disques anodiques sont caout- choutées. Les bords des cathodes sont protégés par application de baguettes en caoutchouc mou. La cellule est pourvue d'un cou- vercle mobile pour la proteetion contre la poussière et la sale- té. Les javelles qui se forment au cours de l'opération sont en- levées par succion.
Pendant la marche, la cellule est constam- ment alimentée par une rigole de conduite plate munie d'un cou- vercle avec de l'amalgame frais à 2 %, alors qu'une quantité équivalente d'amalgame avec une teneur en Zn de 1,8 % s'écoule par un tube de trop-plein et retourne de nouveau de même par une telle rigole de conduite dans la première cellule d'électro- lyse pour y être concentrée. Après avoir branché le courant éta- bli avec une densité de courant cathodique de 700 amp. /m2, la concentration en zinc de l'électrolyte augmente, d'abord rapide- ment puis de plus en plus lentement, alors que la.. concentration en acide sulfurique diminue. Déjà après 24¯heures, l'électrolyse peut être interrompue et les première tôles de zinc décollées.
Après quelques jours, l'électrolyte a pris à peu près la compo- sition de 100 g/1 de zinc, sous forme de sulfate et 100 g/1 d' acide sulfurique. Cette concentration est par la suite maintenue constante dans l'électrolyse en soutirant constamment une petite quantité d'électrolyte de la cellule et en le remplaçant par de
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l'acide sulfurique. L'électrolyte soutiré de la cellule est réuni et porté, aux fins de cristallisation, dans un évaporateur, à vide. On obtient, comme sus-produit, du sulfate de zinc cris- tallisé extrêmement pur. Les cathodes sont, dès lors soulevées tranchant toutes les 20 heures et grattées avec un couteau; les tôles de zinc électrolitique obtenues sont fondues et coulées en barres sous une couche saline de chlorure de zinc ammoniacal. Le zinc obtenu a une pureté de 99,9995 % de Zn.
La cellule pour la pro-: duction de l'amalgame et celle servant à sa décomposition sont branchées électriquement en série; toutefois, une dérivation qui absorbe 8 % du courant de l'électrolyse est installée parallè- lement à la cellule de décomposition, de sorte que la cellule de décomposition ne reçoit que 92 % du courant qui passe dans la première cellule.
Exemple 2 :
Un poussier de haut fourneau de la composition sui- vante sert de matière de départ : 70,70% Zn, 6,13 % Fe, 1 ;36 Pb, 1,10% de résidu insoluble dans les acides, 1,00 % CaO,
0,60% A12O3, 0,25 % Mn, 0,08 % MgO, 0,01 % Cu, 0,01 % Ni, 0,01 % Co, 0,60% S, 0,35 % Cl. Le poussier est pétri avec de l'eau pouponner une 'bouillie' épaisse et brassé en présence d'acide sulfurique à 20 % pendant 25 minutes à 40 avec de l'amalgame de zinc à 1,5 %. On obtient un amalgame de zinc à 3 % qui est lavé à l'eau et soumis à une cellule d'électrolyse qui corres- pond dans son ensemble à la cellule décrite dans l'exemple 1.
Toutefois, les disques anodiques de la cellule sont en fer et traités au préalable pendant trois heures avec de l'acide chlor- hydrique à 30 % en présence de l'amalgame de zinc à 3 %. Ils ont ainsi reçu du zinc en surface et par là une amalgamation dense et brillante stable, même pour la polarité anodique. On emploie, comme matière cathodique, non pas de l'aluminium, mais des tôles de zinc vierge. Les disques anodiques tournent régu-
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librement dans l'amalgame et l'électrolyte avec une vitesse de 3 tours à la minute. L'intensité de courant cathodique est de 1080 amp./m2; l'électrolyte contient 55 g de zinc sous forme de sulfate det 200 g d'acide sulfurique par litre. Il est préparé par dissolution d'oxyde de zinc extrêmement pur dans de l'amide sulfurique.
Alors que les tôles de zinc électrolytique obtenues au début de l'électrolyse sont encore assez rugeuses ,elles de- viennent rapidement, au cours de l'opération, de plus en plus lisses à mesure que la pureté de l'électrolyte augmente.
La composition de cet électrolyte est tenue constante en l'amenant par des tuyauxde matière artificielle inattaquable par les acides de façon continue, à une deuxième cellule, égale- ment pourvue de cathodes en zinc, dont les anodes sont toutefois constituées, non pas en amalgame, mais en grilles de platine.
Cette cellule de régénération est actionnée par 1/10 du courant qui passe par la cellule d'amalgame 'anodique. L'électrolyte est vivement brassé dans la cellule de régénération à l'aide d' une pompe spéciale et retourne, avec une teneur accrue en acide et une teneur diminuée en zinc, dans la cellule d'amalgame ano- dique, après avoir traversé un réfrigérant à vide où il est re- froidi à 15 . La température dans la cellule d'amalgame anodi- que est de 38 - 42 . Le zinc obtenu a, élément, une pureté de 99,9995 % de Zn. De la cellule d'amalgame anodique on extrait de façon continue de l'amalgame de zinc à 1,5 % qui est employé à la dissoution d'une nouvelle quantité de poussier de haut- fourneau.
Les impuretés de l'amalgame se séparent graduellement sur les disques anodiques sous forme d'une pellicule qu'on éli- mine de temps en temps à l'aide de raclettes.
Exemple 3:
Les matières de départ sont des alliages de zinc sous forme de déchets de métal de fusion pour projection avec une
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teneur de 95,4 % Zn, 4,4 % A1, 0,1 % Cu, 0,04 % Mg. Ceux-ci sont dissous en un amalgame à 2,2 % par brassage lent à 45 avec un amalgame de zinc de 1,8 % auquel on a ajouté de l'acide chlorhydrique à 10 %. Il se forme de l'hydrogène, et l'acide surnageant extrait graduellement du chlorure d'aluminium ainsi qu'un peu de magnésium . L'amalgame ainsi obtenu est filtré à travers des plaques de pierre poreuses et conduit à une cellule d'électrolyse qui est la même que la cellule d'amalgame anodique décrite dans les exemples précédents.
Les disques anodiques ont, toutefois, la forme de bagues circulaires avec un diamètre ex- térieur de 150 et un diamètre intérieur de 50 cm, dont le tiers inférieur plonge dans l'amalgame;ces disques sont montés sur des rouleaux qui se trouvent dans l'amalgame et tournent avec une vitesse de 6 tours à la minute. Faits en nickel, ils sont traités préalablement pendant une heure à 75 avec de l'acide sulfurique 1 n contenant 20 g de Zn/1 sous forme de sulfate et avec de l'amalgame de zinc à 2.2 %. Ils'ont ainsi reçu une couche superficielle de zinc et sont par là couverts d'une pel- licule d'amalgame dense et brillant résistant même aux influen- ces anodiques.
Les cathodes sont en aluminium et ont la forme d'une bague circulaire correspondànte aux disques anodiques dont le tiers inférieur est tranché, Leurs bords sont protégés par une baguette flexible en matière synthétique. La températu- re de l'électrolyse est de 30 à 32 . L'électrolyte, préparé par la mise en route de la cellule avec de l'acide sulfurique extrêmement pur de concentration de 270 g/1 H2SO4, contient
180 g d'acide sulfurique et 60 g de zinc au litre.
L'électroly- te est conduit par des tuyaux gommés à une cellule de régénéta- tion équipée avec des anodes insolubles et maintenue constant dans sa.composition,le rapport des intensités de courant dans les deux cellules étant de 9 :1 . de courant catho- dique de la cellule d'amalgame anodique est de I200 amp./m2 ; ici également , on obtient du zinc d'une pureté de 99,9995 % de Zn.