CA1045829A - Procede de traitement d'une matiere contenant du zinc et de la silice en vue de recuperer le zinc - Google Patents

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION

La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'une matière contenant du zinc et de la silice soluble par une solution aqueuse diluée d'acide sulfurique, à une température inférieure à la température d'ébullition à la pression atmosphérique, caractérise en ce qu'à la matière zincifère on ajoute l'acide de façon progressive en un temps supérieur à trois heures et en une quantité
telle que l'acidité finale de la solution soit comprise entre 1,5 g/l et 15 g/l tout en maintenant la température entre 70°C et 90°C, ce qui provoque la lixiviation de la matière et simultanément, en une phase opérationnelle, la reprécipitation de la silice sous forme cristalline, aisément et rapidement éliminée par filtration. Ce procédé
permet d'obtenir systématiquement des solutions de zinc qui ne contiennent plus que de faibles quantités de silice qui ne donnent pas lieu à la formation de gel de silice.

Description

lO~S829 _ ~ _ La présente invention est relative à un procédé de traiternent d'une matière contenant des silicates de zinc afin d'en récupérer le zinc par voie hydrométallurgique.
Les matières contenant des silicates de zinc ont diverses origines. Ainsi on connalt des minerais ox~dés de zinc dans lesquels ce métal peut se rencontrer sous di~f~rentes formes minéralogiques telles que, par exemple, la smithsonite 2nC03, la willemite 2ZnOSiO2, la calamine 2ZnOSiO2H20 et des mélanges de ces minéraux; il eYiste aussi des scories siliceuses conte-nant du zinc et provenant de la métallurgie du plomb.
Afin d'extraire le zinc des matières silicatées qui en contiennent, il est connu de soumettre celles-ci à un traite-ment par de l'acide sulfurique dilué qui a pour effet de mettre en solution le zinc et au moins la partie de la silice soluble dans cet acideO
Cependant, lorsquton soumet des matières contenant des si~
licateæ de zinc à la lixiviation dans une solution diluée d'aci-de sulfurique,le zi~c et la partie de la silice soluble ne pas~
sent en solution que si l'acidité de la solution est forte~c~est-à-dire si le pH est bas et est de l'ordre de 1~5 à 20Si l~acidité
est moins forte~le zinc n~est pas totalement mis en solution.
Habituellement la silice soluble est celle provenant des sili-cates tandis que la silice insoluble est celle se trouvant à
l~état de silice pure et notamment de quartzOLa silice in80-luble reste sous cette forme et ne donne aucune difficulté pour etre séparée par ~iltration; il nlen est pas de meme de la sili-ce soluble ou solubilisée.
Cette silice en solution se trouve dans un état de sur-saturation et précipite toujours après un certain temps. La 3o vitesse de précipitation de cette silice solubilisée dépend des conditions dlopération. Ainsi 7 une augmentation du pH ou une augmentation de la température favorise et accélère la repréci-pitation; cependant, par ce phénomène instable, difficile à

1~)458Z9 contrgler , la silice a tendance à precipiter sous forme de gel qui rend la filtration lente, difficile et meme impossible dans la pratique industrielleO
Afin de supprimer cet inconvénient, il a déj~ été prop~sé
divers procédés. Parmi ceux-ci on connaît un procédé comportant deux phaseæ : au cours d'une première phase, le minerai est lixivié avec une solution aqueuse d'acide sulfurique jusqu~à
un pH de l~0 à 3~0 pour obtenir une liqueur contenant en solution le zinc et une partie de la silice ; au cours d~une seconde phase, on ajoute à la solution un agent neutralisant pour ame~ur le pH à une valeur de 495 à 6,o de manière que toute la silice soit transformée en une forme aisément séparée par les moyens connus.
Il est aussi connu de traiter des matières zincifères par de l~acide sulfurique et d'agiter pendant longtemps tout en maintenant une température de 20 à 50C puis d'ajouter de la magnésie ou de la chaux pour neutraliser la solution et pour précipiter la silice sous forme de complexes granulé~ filtrables.
Les procédés connus de traitement de minerais de zinc contenant de la silice ne donnent pas totalement satisfactionO
La présente invention concerne un procédé de traitement d~une matière contenant du zinc et de la silice soluble par une solution aqueuse d'acide sul~urique dilué caractérisé en ce que l'on ajoute l'acide de façon progressive et en quantit~ telle

2~ qutà la fin de l'addition l'acidité de la solution soit compris~
entre l~S g/l,tout en maintenant la température entre 70C et 90C
pendant toute la durée de la lixiviationO
L'addition de l'acide est progressive, c'est-à-dire qutelle doit non seulement amener l'acidité mentionnée mais elle doit aus-si s'étendre sur une durée suffisamment longue pour que le zincet la silice soluble soient totalement mis en solution et aussi pour que la silice ainsi solubilisée ait non seulement commencé à

1045~3Z9 repr~cipiter mais soit totalement reprécipitée sous forme de silice de forme cristalline aisément et rapidement séparable par filtration~
Il a été constaté que l'addition progressive de l'acide, seule, n'est pas suffisante pour que la silice précipite sous forme cristalline filtrable mais il faut aussi qu'au cours de la lixiviation la température soit supérieure à 70C et infé_ rieure à 90C ; le maintien de cette température se ~ait par apport de calories par un moyen connu quelconque.
L'addition progressive de l'acide et la température entre 70 et 90C font que, contrairement à ce qui est connu~ il a ét~
constaté de façon surprenante , qu'il est tout à fait inutile d~opérer en plusieurs phases et de procéder à une neutralisation de la solution de lixiviation pour provoquer la reprécipitation de la silice solubiliséeO Ceci se traduit dans la pratique par un mode opératoire plus simple, moins coûteux, plus aisé à mettre en oeuvre que les procédés conn w 0 Il a été trouvé que le procédé selon l'invention permet d'obtenir systématiquement des solutions de zinc qui ne contiennent plus que de faibles quantités de silice qui ne donnent pas lieu à la formation de gel de ~ilice~ La matière restant en suspension dans la solution contient tous les produits non solubilisés et la ~ilice solubilisée puis reprécipitéeO
Le procéd~ selon llinvention peut 8tre exécuté de façon simpleO
La matière à lixivier , finement broyée, est mise en suspen-sion dans l~eau ou dan~ une solution neutre de sulfate de zinc 9 dans un récipient;cette suspension est chauffee à environ 90C et agitée puis on y introduit petit à petit une solution diluée d'acide sulfurique contenant de lOOg/~ à 200 g/l d'acide libre;
la ~emp~rature est maintenue entre 70C et 90C,par apport de chaleur par un moyen connu quelconque. La durée de l'ajoute de ~)45829 l~a~ide est longue;elle ne peut tomber en-dessous de trois heures mais elle peut facilement atteindre ~ et meme 10 heures~
~a quantité d'acide ajoutée es~ variable ; elle est déter-minée par l'acidité finale à laquelle on désire arriver; à la fin de l~addition~ la solution doit posséder une acidité comprise entre 1,5 et 15g d'acide l.ibre par litre~
Tout en maintenant la température entre 70~ et 90C , l'agitation est continuée encore pendant une durée de 2 à 4 heures après la fin de la dernière addition d'acide; ceci est nécessaire pour effectuer et terminer la précipitation de toute la silice solubilisée~
A la fin de cette période, la solution acide contient notamment le zinc sous forme de sulfate soluble et la silice en suspension sous forme cristalline insolubleO
Afin de pouvoir récupérer le zinc par électrolyse il est nécessaire de procéder ~ la neutralisation de la solution acideO
Pour ce faire, la solution acide se trouvant à environ 50C, c-ntenant les m~tières insolubles en suspension~ est ajoutée progressivement à une suspension aqueuso de chaux ou d'oxyde de zinc pur ou d~oxyde de zinc contenu dans des minerais grillés. Cette addition qui se fait en veillant à maintenir le pH final entre 3 et 5 doit avoir une durée comprise entre 1 et

3 heures; de plus, au cours de cette ajoute on insuffle de l~air finement dispersé,ce qui provoque l'oxydation puis la précipita-tion de certaines impuretés telles que surtout le fer. Après filtration, la solution obtenue est purifiée par les procédés connus pour constituer finalement une solution qui est utilisée pour la récupération du zinc par électrolyse~
Il est aussi possible de procéder à la neutralisation de la solution acide après en avoir éliminé la partie en suspension par filtration~

- 4 -1~45~Z9 Suivant une autre manière d'opérer la lixiviation, la matière à traiter est finement broyée puis introduite dans une première cuve dtune série qui en comporte plusieurs, six par exemple; l'acide sulfurique nécassaire à l t op ération est réparti dans les six cuves et la température est maintenue entre 70 et 90C dans chacune dtelle.La matière passe d'une cuvc à l'autre dans un temps d'environ 3 à ~ heures; dans ces cuves le pH 8 labaisse progressivement de la première à la dernière cuve où il est d'environ 195 et où il faut slefforcer d~avoir une acidité libre comprise entre 1,5 et 15g par litre~
La solution acide de la dernière cuve contient notamment le zinc sous forme de sulfate soluble et la silice en suspension sous forme cristalline insolubleO A ce stade, il est possible de procéder à la neutralisation soit avant, soit après filtration comme expliqué ci-dessus~
~xem~le ____ _ Un minerai de zinc contenant zno 36~74~o; SiO2030~15% e~dont les composés moléculaires détectés par la diffraction des rayons X sont l~hémimorphite contenue à raison de 90~0 et la willemite à
raison de lO ~, a été traité suivant deux procédés différents.
Le premier procéd~ correspcnd à un test connu quton réalise afin de caractériser un minerai avant son traitement industriel;
ce test appelé test Anaconda permet d'évaluer notamment la quanti~é maximum de zinc que l'on peut extraire d'un mineraiO
Le second procédé est celui de l'invention.
l) Selon le procédé connu~ 300 gr de minerai finement broyé
sont mis en suspension dans de l~eau. La température étant maintenue à 60C, on ajoute de l'acide sulfurique pour maintenir l'acidité libre à lO g/l pendant toute la durée de 3o lixiviation qui est d~une heure. On sépare la solution du résidu très difficilement filtrable~
La solution contient : Zn-109,62 g/l ; SiOZ : ~0,79 g/l.

1~)45~29 Après lavage on recueille 119,03 g de ce résidu contenant Zn : 0,5 %; SiO2: 41,72 7~0.
Les rendements de mise en solution sont donc respectivement de Zn : 99~46 %; SiO2 0 45910 %; ceci montre que la silice est précipitéo dans ùne proportion de 54,9 %0 2) Selon le procédé de l'invention, 750 g de minerai finement broyé sont mis en suspension dans un litre de solution de sulfate de zinc; la température est maintenue à 90C par chauffageO
On y ajoute 2,400 1 d'une solutian d'acide sulfurique à
151 g/l réparti en 7 heures; l~acidité finale est de 13 g/l;
là teneur en silice est de 0~762 g/l. L~agitation et la température sont maintenues encore durant 4 heures supplé-mentaires; l~acidité est restée constante à 13 g/l et la silice est abaissée jusqu~à 0,247 g/lo La suspension a été
décantée. On a séparé une solution claire d'une pulpe concentrée dont la teneur en solides est de 300 g/l. Cette pulpe a été filtrée sous vide et lavée.
On a mesuré la vitesse de filtration qui est de 250 kg/h x m2 de solides secs pour une épaisseur de gateau de 37 mm et un vide de 450 mm de mercure et de 600 kg x m2 pour une épaisseur de 27 mm et un vide identique.
Le résidu recueilli qui pèse 375,61 gr, contient : Zn total:
3~2~ %; Zn soluble H20 2,62 %; SiO2 o 60~10 %.
Le "Zn soluble H20" représente la quantité de Zn lixivié qui n~a pas été éliminée du résidu par manque de lavage et qui se trouve sous forme de sulfateO
Dans ce cas, le rendement global de lixiviation du Zn est de 95,53 % et le rendement de précipitation de la silice est de 99~67 %; il appara~lt ainsi que la silice est élimin~e totale-ment par précipitationO

1C~458Z9 Ex_m~ae_2 Un minerai de zinc contenant: Zn : 42942 %; SiO2 ~ 21,g5 ~o et dont les composés moléculaires détectés par la diffraction des rayons X sont la willemite avec des traces de quartz~hematite et ferrite 9 a été traité de deux façons différentesO
1) Comme dans le cas 1) de l~exemple 1 on traite 300 g de minerai finement broyé.
Après lixiviation la solution récoltée contient O
Zn : 121~47 g/l et SiO2 53 ~4 g/lo Après iavàge on recueille 74 ~7 g de résidu O Zn 7 ~7 qO;
SiO2 : 16,20 10- Les rendement~ de mise en solution sont donc respectivement de Zn : 96~47 %; SiO2 o Bl,50 ~o; la silice est précipitée dans une proportion de 1~,5 %0 2) Selon l'invention, 750 g de minerai finement broyé sont mis en suspension dans un litre de solution de sulfate de zinc;
la température est maintenue à 90C~ On y ajoute 3~150 1 de solution acide à 169 g/l répartis en 7 heures, l'acidité
finale est de 13 g/l et la silice de 09672 g/l; l~agitation et la température ont été maintenues durant 4 heures supplé-mentaires~ l~acidité est restée constante à 13 g/l et la silice s~est abaissée jusqu~à 0J147 g/lo La suspension a été décantée, on a séparé une solution claire d~une pulpe concentrée dont la teneur en solide~ est de 3~0 g/l.
Cette pulpe a été filtrée sous vide et lavéeJ On a mesuré la vitesse de filtration qui est de 144 kg/h x m2 de solides secs pour une épaisseur de g~teau de 4B mm et un vide de 450 mm de mercureO
Le résidu qui pèse 367~g g contient : Zn total 0 3~46 %;
Zn soluble H20 : 2~36 % , SiO2 : 44~39 % ce qui correspond à un rendement global de lixiviation de Zn de 96 yO et un rendement de précipitation de la silice de 99962 ~0 ; il apparalt ainsi que la silice est éliminée presque totale-~

1045i829 mentO
Exem~le ~
Un minerai de zinc contenant O Zn : 47,06 ~o ; SiO2 0 24~60 ~0 et dont les composés moléculaires sont la willemite j5 % et la smithsonite 25 ~0 a été lixivié de plusieurs façons différentes.
1) on traite encore comme dans le cas 1) de ~'exemple 1 300 g de minerai finement broyéO Après lixiviation on récolte la solution qui contient : Zn 0 139J41 g/l; SiO2;
65~7 g/l et après lavage: 12J31 % ; on recueille 31~19 gr de résidu contenant Zn : 5,9 ~; SiO2 : 12~31 ~0. Les rendements de mise en solution sont donc respectivement de Zn : 9~,7 ~;
SiO2 : 94,~ ~ ; la silice est précipitée dans une ~aible proportion~
2) Suivant le procéd~ de l'invention, 750 g de minerai finement broyé sont mis en suspension dans un litre de solution de sulfate de zinc, la température est maintenue à 90~. On y ajoute 2,720 1 de solution acide à 250 g/1 répartis en 7 heures,i'acidité finale est de 6 g/l et la silice de 094~7g/l.
L'agitation a été maintenue durant 4 heures supplementaires.
L'acidité est tombée à 4 g/l et la silice à 09291 g/l.
La suspension a été décantée, on a séparé une solution claire d'u~ pulpe concentrée dont la teneur en solides était de 160 g/l- Cette pulpe a été filtrée sous vide et lavée. On a mesure la vitesse de filtration qui est de 125 Kg/h x ~2 de solides secs pour une épaisseur de gateau dè 25 mm et un vide de 450 mm de mercure. On a recueilli le résidu qui pèse 3~5,31 g et qui contient O Zn total .
5365~0; Zn soluble H20 : 0~16%; SiO2 ~7~6%, ce qui correspond à un rendement global de lixiviation du zinc de 94~4% et un rendement de précipitation de la silice de 94,41 % ; la silice est éliminée en très grosse partie par précipitation.
3) Suivant le procédé de l'invention, 750 g de minerai finement 11~)45829 broy~ sont ~i5 en suspension dans un litre de solution de sulfate de zinc ; le température est maintenue à 90 C.
On y ajoute 3~700 1 de solution acide à 15~ g/l d'acide sulfurique répartis en 7 heures, l'acidité finale était de 7 g/l et la silice de 0,487 g/lo L'agitation et la température ont été maintenues encore durant 4 heures supplémentaire~ acidité était alors de 7 g/l et la silice de 0,240 g/l~
Dtautre part, on a préparé une suspension de chaux Ca (OH)2 à raison de 30 g de chaux pour 60 cc d~eau.
Ce lait de chaux est versé dans une cuve contenant 1~2 litre de solution de sulfate de zinc violemment agitéeOOn précipite ainsi une partie du zinc contenu. Ce précipité de zinc est particulièrement réactif. La suspension ainsi formée est portée à ~0C et on y injecte de l~air finement dispersé
à raison de ~00 l/h x m3 de volume de réactifs. On y ajoute alors à un débit ccnstant et en deux heure~, la suspension acide provenant de la lixiviation du minerai de silicate de zinc. Le pH ne descend pas en dessous de 50 La suspension a été décantée. On sépare une solution claire d'u~P pulpe concentrée dont la teneur en solides est de 215g/1 La solution contient moins de 1 mg/l de fer en solution et moins de 0~100 g/l de SiO2.
La pulpe a été filtrée et lavée sous vide. On a mesuré
la vitesse de filtration qui est de 654 kg/h x m2 pour une épaisseur de gâteau de 25 mm et un vide de 450 mmO
Le résidu qui pèse 412 gr contient : Zn total . 3,55 ~o;
Zn soluble H20 : 0~73 10; SiO2 0 44,69 ~0~ ce qui correspond à un rendement global de lixiviation du zinc de 94~7 qO et un rendement de précipitation de la silice de 99~ % ; la silice est précipitée à peu près totalementO

_ 9 _ 1~)458Z9 Exem~le ~
____ ___ Des scories provenant d~un four à plomb ont été granulées dans un jet dteau;elles ont été ensuite broyées de telle façon que tous les grains soient inférieurs à 75~.
La composition de ces scories est la suivante :
Zn : 16,61%; Fe : 22~6~; Pb : 3~15%; Cu: 0922%; SiO2: 22~3~o .
Par diffraction des rayons X on ne détecte aucun composé mol~-culaire définiO La matière est donc à l'état vitreuxO
~es scories ont été lixiviées de deux façons différentes :
1) De façon conm1e, 600 g de scories sont mis en suspension dans de lleau; la température est maintenue à 60 C; le pH
est maintenu constant à une valeur de 2. La durée de la lixiviation est de 2 heures O On sépare la solution du rési-du très difficilement filtrable~ La solution contient :
Zn : 72 g/l; SI02 791 g/l. Le résidu qui pèse 263~93 go contient- Zn : 6~57~; SiO2~ 05~oo Les rendements de mise en solution sont respectivement de Zn ; ~2~6; SiO2 ~ 7g~2 %; la quantité de silice précipitée est seulement de 21~ %o 2) Selon le procédé de l'invention, 2000 g de scories sont mis en suspension dans de 11eauO
La température est maintenue à 75C~ le pH est progressivement abaiss~. On le maintient à 5 durant 1/2 heure~ à 4 durant 1/2 heure~ à 3 durant l/Z heure~ à 2 durant 2 heures~ à 1,7 durant 3 heures,soit au total une durée de 5h930 minutes, au moyen d'une solution acide de 15g g/l d'acide sulfurique.La teneur en Zn de la solution est de 99~2 g/l et en SiO2 de 090~ g/lo La suspension a été décantée. On a séparé une solution claire d~une pulpe concentrée dont la teneur en solides est de 557 g/l. Cette pulpe a été filtrée sous vide et lavée.
On a mesuré la vitesse de filtration qui est de 745 kg/h xm2 de solides secs pour une épaisseur de gâteau de 35 mm et un vide de 450 mm de mercureO

_ 10 ~

il~)458Z9 Le résidu qui pase 919977 g contient O ~n total : 3,5~ ~ ;
Zn soluble H2000,71~; SiO204g~25qoo On obtient un rendement global de lixiviation du zinc de 90~2 ~o et un rendement de précipitation de la silice de 99,5 %, ia silice est élimi-née presque totalement par précipitàtionO
L'examen des exemples ci-dessus fait appara;tre que si le minerai est traité suivant le procédé connu, une quantité
variable et importante de silice reste en solutio~ et partant une quantité de silice précipite de façon variable d'un cas à
l'autre; de plus,la filtration est trè~ lente et irréalisable industriellementO
Si l'on traite le minerai par le procédé de l'invention la silice est précipitée à peu près totalement sous une forme cristalline~ facilement et rapidement séparée par filtrationO
De plus, ces exemples montrent que le procédé de 19invention s'applique avec la même facilité et le meme avantage quelles que soient les formes cristallines des composés de zinc dans la matière de départO

Claims (6)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de traitement d'une matière contenant du zinc et de la silice soluble par une solution aqueuse diluée d'acide sulfurique, à une température inférieure à la température d'ébullition à la pression atmosphérique, caractérisé en ce qu'a la matière zincifère on ajoute l'acide de façon progressive en un temps supérieur à trois heures et en une quantité telle que l'acidité finale de la solution soit comprise entre 1,5 g/l et 15 g/l tout en maintenant la température entre 70°C et 90°C qui provoque la lixiviation de la matière et simultanément, en une phase opérationnelle, la reprécipitation de la silice sous forme cristalline, aisément et rapidement éliminée par filtration.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de l'acide provenant de cellules d'électrolyse contenant entre 100 et 200 g d'acide libre par litre.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé
en ce que l'acide sulfurique est ajouté au cours d'une période d'agitation et de chauffage qui est maintenue pendant une durée d'au moins deux heures après la fin de l'ajout de l'acide.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lixiviation de la matière est effectuée dans une série de réacteurs qui sont en un nombre d'au moins quatre et dans lesquels l'acide est ajouté simultanément pour que l'acidité

augmente progressivement du premier au dernier où elle est comprise entre 1,5 et 15 g/l.

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière zincifère traitée est un minerai oxydé de zinc contenant des silicates et des carbonates.

6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé
en ce que la matière zincifère traitée est constituée par une scorie granulée contenant du zinc et de la silice et provenant des procédés thermiques de la métallurgie du zinc et du plomb.