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Analyser la formation d'un matériau

Difficulté
5-10 MIN

L'hydrométallurgie est une des méthodes utilisées pour extraire le métal d'un minerai. L'hydrométallurgie s'effectue en milieu aqueux contrairement à la pyrométallurgie qui s'effectue en milieu sec.

Le zinc est extrait à partir d'un minerai appelé blende. La blende est un minerai de sulfures de zinc de formule \(\displaystyle{ZnS}\) pouvant contenir des impuretés comme les sulfures d'autres métaux (sulfures de fer, sulfures de plomb) ou des oxydes (oxydes de cuivre, oxydes de silicium). Tout le traitement que va subir le minerai a pour but de le débarrasser des impuretés et de transformer le sulfure de zinc en zinc pur.

La première étape consiste à transformer tous les sulfures en oxydes en chauffant la blende à une température comprise entre 910°C et 980°C. Cette étape s'appelle le grillage. Une fois le grillage terminé, le minerai, appelé calcine, contient majoritairement de l'oxyde de zinc de formule \(\displaystyle{ZnO}\) et des impuretés sous forme d'oxydes.

La seconde étape consiste à dissoudre les oxydes, c'est la lixiviation. Les minerais de calcine sont plongés dans un bain d'acide afin de dissocier les oxydes. La solution acide contient alors différents métaux issus de la calcine, dont le zinc mais aussi le fer et le cuivre, sous forme de cations (\(\displaystyle{Zn^{2+}}\), \(\displaystyle{Cu^{2+}}\) et \(\displaystyle{Fe^{2+}}\)). La solution est ensuite filtrée pour enlever les oxydes qui ne se sont pas dissociés.

Afin de se débarrasser du fer, on réalise une précipitation sélective. Pour cela, on augmente le pH de la solution acide contenant les cations \(\displaystyle{Zn^{2+}}\), \(\displaystyle{Cu^{2+}}\) et \(\displaystyle{Fe^{2+}}\) de façon à atteindre une valeur de pH pour laquelle seul le fer précipitera en oxyde de fer.

La solution issue de la lixiviation ne contient à ce stade plus que deux cations, celui du zinc et celui du cuivre. On réalise alors une réaction de réduction afin de réduire les cations de cuivre en atomes de cuivre en oxydant du zinc métallique. Le cuivre précipitera alors sous forme de cuivre métallique solide. Cette étape s'appelle la cémentation. Il ne reste plus qu'à filtrer la solution.

La dernière étape consiste à transformer le zinc alors dissous sous forme de cation en zinc métallique solide par électrolyse.

Quelles sont les différentes étapes de l'extraction du zinc par hydrométallurgie et en quoi consistent-elles ?