Exemple d’extraction de minerais de nickel par le procédé de lixiviation acide sous pression ou procédé LASP

Classification des solvants

Le solvant joue un rôle primordial dans le principe de séparation liquide-liquide, il faut indiquer sous ce rapport que de nombreuses classifications des systèmes d’extraction peuvent être proposées, à savoir l’extraction simple de molécules, l’extraction après création d’agrégats d’ions et l’extraction après création de complexes moléculaires[2], mais ce qui peut nous mettre en lumière, pour cette étude, concerne le système d’extraction après création de complexes moléculaires. Ainsi, l’utilisation fréquente de ce système d’extraction est celle de séparation des éléments métalliques en solution aqueuse (eau naturelle, liqueur d’ attaque, fluide biologique…), l’extraction après création de complexes moléculaires, d’une part, met en oeuvre l’extraction de complexes simples d’anions organiques. Certains acides organiques, principalement les acides carboxyliques et sulfoniques, y donnent avec les cations métalliques des complexes extraits par les solvants organiques. Plus de 60 éléments peuvent être extraits d’une solution aqueuse chlorhydrique par l’acide dodécanesulfonique. Cependant, les acides carboxyliques permettent des séparations comme celles de Co(II) et Ni(II) en milieu sulfate et celle de Zn(II) et Cd(II).

Par ailleurs, ce système met aussi en évidence l’ extraction des chélates ; à ce propos, rappelons que d’autres composés organiques surtout solubles dans les solvants organiques possèdent un atome d’hydrogène mobile remplaçable par un métal d’une part et d’autre part, un groupement donneur d’électrons. Par conséquent, ces composés libèrent des anions pouvant s’unir aux cations métalliques par plus d’une liaison, donnant ainsi des complexes cycliques très stables appelés chélates[2]. Dans ces complexes, l’élément métallique est lié à chaque anion organique chélate par deux liaisons. Il perd donc une grande partie de ses molécules d’eau d’hydratation. Lorsque le nombre de coordination du cation Mn+ est inferieur ou égal au double de sa charge n, le chélate MRn formé n’est plus hydraté et est très bien extrait par tous les solvants. Tel est le cas de nombreux cations métalliques : Be(II), Al(III), La(III), Cr(III), Fe(III), Co(III), Pd(II), Ge(IV), Ni(II), Ti(III), etc [2]. Le tableau suivant regroupe les différents types de solvants les plus employés pour l’extraction des métaux [3] ;

Type de lixiviation La technique de lixiviation est communément utilisée dans le secteur minier pour récupérer des métaux de valeur, à partir de matériaux géologiques. Les trois techniques de lixiviation appliquées dans l’industrie minière sont :

– la lixiviation en tas,

– la lixiviation en cuve,

– la lixiviation in situ [6].

La lixiviation in situ (ou ISL pour In Situ Leaching, parfois dénommée récupération in Situ ou ISR pour In Situ Recovery) est un procédé visant à dissoudre des métaux directement dans le gisement. A l’aide d’une série de puits injecteurs et producteurs, une circulation de solution lixiviante est établie, permettant l’attaque du minerai [7]. La solution est ensuite récupérée pour la phase de traitement. On arrive même à confirmer le principal avantage de cette technique, celui de récupérer des métaux ou des minéraux de valeur, sans avoir recours aux techniques minières traditionnelles impliquant forage, explosion, découverture ou couteuses infrastructures souterraines. Par conséquent, il n’y a qu’une faible emprise en surface et aucune verse stérile. Pour appliquer la lixiviation in Situ, le gisement doit être suffisamment perméable pour permettre une bonne circulation de la solution lixiviante.

Typiquement, les minerais contenus dans des formations sédimentaires perméables tels les grès ou les roches très fracturées, sont potentiellement exploitables par ISL [7]. De plus, les minerais doivent être confinés entre des couches relativement imperméables, appelées aquitards, afin de canaliser la solution lixiviante dans la zone minéralisée et d’éviter les fuites. Ces dernières entraînent une contamination de l’environnement et réduisent l’efficacité de la méthode, puisqu’une partie de la solution d’attaque est perdue. Concernant la lixiviation en tas, le principe est le même que celui de la lixiviation in situ, mais, cette fois, le minerai est extrait, concassé et mis en tas sur un sol étanche muni d’un système de collecte des eaux d’infiltration. Cette opération peut être réalisée sur une aire naturelle si le milieu s’y prête ou sur une aire recouverte d’un revêtement étanche. La durée de la lixiviation est très longue (plusieurs mois) et variable selon la nature du minerai ; les rendements d’extraction varient entre 50 et 90 %.

Le procédé de séparation liquide-liquide est une opération fondamentale à faible coût direct. Sa sensibilité à un grand nombre de facteurs n’en permet pas l’application sans étude préalable d’optimisation, L’existence de plusieurs domaines d’utilisation de ce procédé, ne s’applique pas seulement au domaine de métallurgie, mais elle s’étend aussi sur la séparation de mélange avec des points d’ébullitions similaires, la séparation de produits thermosensibles ( ex : antibiotiques), la séparation de produits ayant un haut point d’ébullition et une faible concentration dans des solutions aqueuses et la séparation de mélanges azéotropiques. Une étude bibliographique montre la possibilité de separation des métaux par le procédé de séparation liquide-liquide, dans le cas de la société SHERRITT ( Moramanga), après une lixiviation acide, l’obtention des produits finis sous forme de poudre d’oxyde de nickel et de cobalt passe par deux opérations de separation liquide-liquide différentes. Tout au long du procédé, malgré le recyclage d’une partie de ses rejets, des solutions liquides contenant « différentes impuretés métalliques» et des résidus solides sont produites. Parallèlement à cela, la deuxième partie de ce travail renforce sur l’analyse et le traitement des effluents contenant des métaux lourds.

Choix de la source lumineuse :

Les raies d’émission mais aussi les profils d’absorption ne sont pas discrets. Ils ont une certaine largeur. L’idéal serait d’utiliser une raie monochromatique avec la longueur d’onde correspondant au maximum du profil d’adsorption. Mais pour obtenir une telle raie, il faudrait des monochromateurs de très haute qualité, cela rend l’appareil très cher. Les monochromateurs utilisés habituellement ont une bande passante beaucoup plus large que celle dans laquelle un atome absorbe. Avec une telle source de lumière « continue », une mesure est possible, mais la sensibilité est très basse car seule une très faible partie de l’intensité est absorbée par les atomes. Pour éviter ce problème lié à une trop grande largeur de la bande passante du monochromateur, on utilise des lampes à cathode creuse. Les lampes à cathode creuse fournissent des raies très fines de la longueur d’onde, des raies d’émission des atomes la constituant [11]. Pour obtenir le maximum d’intensité à la longueur d’onde au maximum d’absorption de l’élément à doser, on utilise une cathode constituée d’atomes de cet élément. La température et la pression y étant plus basses que dans la flamme, le spectre émis par la lampe est plus fin que le spectre d’absorption, la lampe à cathode creuse fournit des conditions expérimentales permettant une bonne sensibilité. Cette méthode marche très bien pour la plupart des atomes. Un problème peut, cependant, survenir si le spectre d’émission de la cathode présente une raie parasite dans la région d’absorption utilisée, la loi de Béer-Lambert [11] (utilisée pour relier l’intensité au nombre d’atomes absorbant) montre une perte de sensibilité et une courbure qui peuvent être importantes.

Règle de Bohr : Dans le cas particulier de l’absorption atomique, on travaille sur des atomes libres à l’état fondamental (Wi = 0): ils peuvent absorber des photons et passer ainsi à leurs différents états excités peu nombreux à cause des règles de sélection interdisant le nombre total de combinaisons réalisables entre les états excités et l’état fondamental [11]. Pour un atome, donc l’absorption sur les raies qui correspondent au passage état fondamental – états excités est possible, mais avec une sensibilité différente liée aux coefficients d’Einstein variant à chaque niveau excité. Ces raies sont dénommées raies de résonance bien que quelquefois cette appellation soit réservée à la plus sensible d’entre elles. Les photons absorbés étant caractéristiques aux éléments absorbants (voir quantification des niveaux d’énergie), et leur quantité étant proportionnelle au nombre d’atomes d’élément absorbant, l’absorption permet de mesurer les concentrations des éléments à doser. Le schéma suivant montre l’interaction rayonnement-matière [11] : La règle de Bohr est insuffisante pour rendre compte des observations. En effet, on peut l’ajouter pour interpréter la largeur de raie d’absorption et d’émission de telle manière que celle-ci soit déterminante pour choisir la technique utilisée, particulièrement au niveau de la source lumineuse.

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Table des matières

REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIERES
LISTE DES ABREVIATIONS
GLOSSAIRE
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION GENERALE
Partie I: ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES DU PROCEDE DE SEPARATION LIQUIDE- LIQUIDE
INTRODUCTION
Chapitre I : ETUDE MICROSCOPIQUE DE SEPARATION
I.1. GENERALITES
I.2. PRINCIPE
I.3. SOLVANT
I.3.1. Choix du solvant
I.3.2. Classification des solvants
I.4. COEFFICIENT DE DISTRIBUTION
I.4.1. Définition
I.4.2. Effets de la nature du solvant sur D
I.5. EXTRACTEURS LIQUIDE-LIQUIDE
Chapitre II : ETUDE MACROSCOPIQUE DE SEPARATION
II.1. REPRESENTATION D’EQUILIBRE
II.1.1. Diagramme décrivant totalement l’équilibre
II.1.1.1. Diagramme triangulaire
II.1.1.2. Diagramme de JANECKE
II.1.2. Diagrammes ne décrivant pas totalement l’équilibre
Chapitre III : APPLICATION DU PROCEDE DE SEPARATION LIQUIDELIQUIDE DANS LE DOMAINE DE L’HYDROMETALLURGIE
III.1. Introduction
III.2. Généralités
III.3. Lixiviation
III.3.1. Principe
III.3.2. Type de lixiviation
III.4. Exemple d’extraction de minerais de nickel par le procédé de lixiviation acide sous pression ou procédé LASP
III.4. 1. Exemple d’extraction des métaux divalents
III.4.2. Gisements de minerais de nickel
III.4. 2. Porté de l’etude bibliographique sur l’extraction des minerais de nickel, pour le cas de la societé SHERRITT( Moramanga)[9]
III.5. CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE
Partie II ANALYSES ET TRAITEMENTS DES EFFLUENTS CONTENANT DES METAUX LOURDS
INTRODUCTION
Chapitre IV : CARACTERISATION DES EFFLUENTS PAR SPECTROMETRIE D’ABSORPTION ATOMIQUE
IV. 1. GENERALITES
IV. 2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
IV. 2. 1. Mise en oeuvre
IV. 2. 1.1. Sources
IV. 2. 1.2. Cellules de mesures
IV. 2.2. Processus physico chimique
IV. 3. FONDEMENT DES METHODES DE MESURE PAR ABSORPTION ATOMIQUE
IV. 3. 1. Choix de la source lumineuse
IV. 3. 2 .Règle de Bohr
IV. 3. 3. Importance de l’atomisation
IV. 3. 4. Principe de mesure
IV. 3. 4. 1. Loi de Béer Lambert
IV. 3. 4. 2. Expression de la loi
IV. 4. RESULTATS DES MESURES
IV. 4.1. Conditions opératoires et méthodologie
IV. 4.2. Expression des résultats
IV. 4.3. Interprétations et discussions
IV.5. CONCLUSION DU CHAPITRE IV
Chapitre V : ESSAI DE RECUPERATION DES METAUX LOURDS PAR ELECTROLYSE
V.1. GENERALITES
V.2. PRINCIPE
V.3. ELECTROLYSE À POTENTIEL CONTRÔLÉ
V.3.1. Choix de l’électrode de travail et du milieu
V.3.2 Choix du potentiel d’électrolyse.
V.3.2.1 Réduction d’un cation métallique sous forme d’amalgame.
V.3.2.2 Réduction d’un cation métallique Mn+ sur une électrode constituée de
V.3.2.3. Potentiel électrique des cations
V.3.2.4 Séparation de plusieurs espèces
V.4. Durée de l’électrolyse
V.5. ÉLECTROLYSE A INTENSITE IMPOSÉE
V.6. ESSAI DE RECUPERATION DES METAUX LOURDS DANS
L’ECHANTILLON PAR L’ELECTROLYSE SIMPLE
V.6.1. Conditions opératoires et méthodologie
V.6. 2. Résultats
V.6. 3 Interprétations et discussions
V.7. CONCLUSION DU CHAPITRE V
Chapitre VI : ESSAI DE RECUPERATION DES METAUX LOURDS PAR LA TECHNIQUE DE PRECIPITATION
VI.1. GENERALITES
VI.2. NOTION DE PRECIPITATION
VI.2.1. solubilité
VI.2.2. Produit de solubilité
VI.2.3. Condition de précipitation
VI.2.3.1. Généralités
VI.2.3.2. Domaine d’existence de précipité
VI.3. MODELE DE SEPARATION ET DE RECUPERATION DES METAUX PAR
LA TECHNIQUE DE PRECIPITATION
VI.3.1. Considération théorique
VI.3.2. Conditions d’opérations
VI.3.2.1. Concentration des métaux dans l’échantillon
VI.3.2.2. Données cinétiques pour quelques hydroxydes métalliques de
l’échantillon
VI.3.2.3. Ordres de précipitation des hydroxydes métalliques de l’échantillon
VI.3.2.4. Méthodologie et résultats
VI.3.2.5. Interprétations et discussions
VI.4. CONCLUSION DU CHAPITRE VI
Chapitre VII : ETUDES COMPARATIVES DES PROCEDES
CONCLUSION GENERALE

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