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CHAP. 9 – COURBES INTENSITÉ-POTENTIEL. PHÉNOMÈNES DE CORROSION
c) Grillage des sulfures
Une étape de grillage permet de transformer chimiquement le sulfure de zinc ZnS en
oxyde de zinc ZnO. Le grillage est réalisé par chauffage (entre 900 et 1100 °C) en
présence d’air selon la réaction :
ZnS (s) +
3
2
O 2 (g)
=
ZnO (s) + SO 2 (g).
Des réactions parasites sont susceptibles d’être observées, en particulier si le concentré est riche en fer (ce qui se révèle souvent le cas). La formation de ferrites (oxydes
mixtes de fer et de zinc) est réalisée selon la réaction :
ZnO (s) + 2 FeS (s) +
7
2
O 2 (g) = ZnOFe 2 O 3 (s) + 2 SO 2 (g).
Notons dans ces opérations que le dioxyde de soufre formé est récupéré puis transformé en acide sulfurique (la production atteint 2 tonnes d’acide sulfurique par tonne
de zinc). Le solide obtenu après grillage est appelé calcine, il contient essentiellement
ZnO(s) mais aussi PbO(s) et plusieurs autres oxydes métalliques. La voie hydrométallurgique qui permet une réduction de la calcine en zinc est la plus rencontrée (elle
concerne 90 % la production) et se déroule en trois étapes.
d) Lixiviation et précipitations sélectives
L’étape de lixiviation est une attaque de la calcine par une solution diluée d’acide
sulfurique (il s’agit en réalité de la solution issue de l’étape finale d’électrolyse qui
est ainsi recyclée). La dissolution est menée entre 55 °C et 65 °C (la chaleur est
apportée par la dissolution des oxydes). L’oxyde de zinc subit la réaction :
ZnO (s) + 2 H
+
+ SO
2−
4
=
Zn
2+
+ SO
2−
4
+ H 2 O
qui permet une dissolution du solide. Les autres oxydes métalliques issus de la calcine sont solubilisés, à l’exception de l’oxyde de plomb PbO(s) qui est transformé en
sulfate de plomb très peu soluble (qui précipite donc). Notons que les métaux précieux (argent, or, etc.) restent insolubles. Lors de la lixiviation, le milieu est rendu
oxydant par ajout de dioxyde de manganèse, d’ions permanganate, ou encore par injection de dioxygène. Ce procédé a pour effet d’oxyder les ions Fe 2+ éventuellement
présents en ions Fe 3+ . La solution transite dans plusieurs cuves, le pH de la solution
augmentant par ajout de calcine pour atteindre 5 dans la dernière cuve. À ce pH,
l’hydroxyde de fer Fe(OH) 3 (s) précipite et peut être éliminé par simple décantation.
Notons ici un point techniquement délicat : si l’on souhaite récupérer un maximum
de zinc (ce qui est le cas industriellement), il convient de filtrer et de laver le précipité
Fe(OH) 3 (s). Or ce précipité se révèle très difficilement filtrable. On a alors recours à
CHAP. 9 – COURBES INTENSITÉ-POTENTIEL. PHÉNOMÈNES DE CORROSION
c) Grillage des sulfures
Une étape de grillage permet de transformer chimiquement le sulfure de zinc ZnS en
oxyde de zinc ZnO. Le grillage est réalisé par chauffage (entre 900 et 1100 °C) en
présence d’air selon la réaction :
ZnS (s) +
3
2
O 2 (g)
=
ZnO (s) + SO 2 (g).
Des réactions parasites sont susceptibles d’être observées, en particulier si le concentré est riche en fer (ce qui se révèle souvent le cas). La formation de ferrites (oxydes
mixtes de fer et de zinc) est réalisée selon la réaction :
ZnO (s) + 2 FeS (s) +
7
2
O 2 (g) = ZnOFe 2 O 3 (s) + 2 SO 2 (g).
Notons dans ces opérations que le dioxyde de soufre formé est récupéré puis transformé en acide sulfurique (la production atteint 2 tonnes d’acide sulfurique par tonne
de zinc). Le solide obtenu après grillage est appelé calcine, il contient essentiellement
ZnO(s) mais aussi PbO(s) et plusieurs autres oxydes métalliques. La voie hydrométallurgique qui permet une réduction de la calcine en zinc est la plus rencontrée (elle
concerne 90 % la production) et se déroule en trois étapes.
d) Lixiviation et précipitations sélectives
L’étape de lixiviation est une attaque de la calcine par une solution diluée d’acide
sulfurique (il s’agit en réalité de la solution issue de l’étape finale d’électrolyse qui
est ainsi recyclée). La dissolution est menée entre 55 °C et 65 °C (la chaleur est
apportée par la dissolution des oxydes). L’oxyde de zinc subit la réaction :
ZnO (s) + 2 H
+
+ SO
2−
4
=
Zn
2+
+ SO
2−
4
+ H 2 O
qui permet une dissolution du solide. Les autres oxydes métalliques issus de la calcine sont solubilisés, à l’exception de l’oxyde de plomb PbO(s) qui est transformé en
sulfate de plomb très peu soluble (qui précipite donc). Notons que les métaux précieux (argent, or, etc.) restent insolubles. Lors de la lixiviation, le milieu est rendu
oxydant par ajout de dioxyde de manganèse, d’ions permanganate, ou encore par injection de dioxygène. Ce procédé a pour effet d’oxyder les ions Fe 2+ éventuellement
présents en ions Fe 3+ . La solution transite dans plusieurs cuves, le pH de la solution
augmentant par ajout de calcine pour atteindre 5 dans la dernière cuve. À ce pH,
l’hydroxyde de fer Fe(OH) 3 (s) précipite et peut être éliminé par simple décantation.
Notons ici un point techniquement délicat : si l’on souhaite récupérer un maximum
de zinc (ce qui est le cas industriellement), il convient de filtrer et de laver le précipité
Fe(OH) 3 (s). Or ce précipité se révèle très difficilement filtrable. On a alors recours à