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État naturel de zinc
teneur en zinc dans l'écorce terrestre : 80 ppm (80 g par tonne)
minerai exploité : blende (ZnS) associée à la gangue (CaCO3, MgCO3)
et à d'autres sulfures (PbS, CdS...)
teneur en zinc proche de 20 %
Plus importante mine de zinc :
Rampura-Agucha (Inde)
610 000 t de Zn en 2009
En France, la dernière mine
a fermé en 1993.
Flottation
broyage du minerai (poudre à 0,1 mm)
mélange avec de l'eau, de l'air et des additifs
la gangue coule tandis que la poudre de blende
forme une mousse qui flotte
on récupère un concentré de blende
teneur en zinc : 40 à 60 %
présence de PbS, CdS...
Grillage
On transforme le sulfure de zinc en oxyde de zinc :
ZnS(s) + 3/2 O2(g) = ZnO(s) + SO2(g)
P = 1 bar, T = 900-1100°C
ΔrH° = -460 kJ.mol-1 réaction auto-entretenue
On obtient de la calcine (ZnO) avec PbO, CdO...
Il est nécessaire de se débarrasser du soufre
contenu dans le minerai (polluant, impureté gênante).
SO2(g) est suroxydé en SO3(g) puis transformé en H2SO4
La filière zinc est aussi la filière de production de l'acide sulfurique.
Pyrométallurgie
(10% du traitement de ZnO)
zinc :
Tfus = 419°C
Teb = 907°C
réduction par C pour T > 937°C :
ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)
réduction par CO(g) T > 1277°C :
ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2(g)
Procédé Imperial Smelting
ZnO(s), coke (C), fondant
Zn(g) + Cd(g) + CO(g)
ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)
fondant combiné
à la gangue restante
+ Pb(l) récupéré
Liquation
refroidissement de la phase gazeuse
dans un condenseur par une pluie de plomb liquide vers 450°C
On recueille deux solutions solides non
miscibles.
Séparation par décantation :
* solution de Zn dans Pb qui retourne
au condenseur
* solution de Pb dans Zn
zinc d'oeuvre :
Zn(l) pur à 98% (Cd(l), Pb(l))
Raffinage
Distillation fractionnée du mélange : Zn(l) 98 % + Cd(l) + Pb(l)
Cd 3 kg/t de Zn
Cd
Zn
Cd
Zn, Pb, Cd
Zn pur à 99,995 %
Zn
Pb
zinc : Teb = 907°C ; cadmium : Teb = 767°C ; plomb : Teb = 1613°C
Utilisations
du zinc :
● revêtements anticorrosion : acier zingué
● bâtiment (toitures)
● fonderie : alliages (automobile, construction...)
● pile (anode)
du cadmium
● accumulateurs Ni-Cd
● pigments
Plus d'infos :
http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/metaux/zn/texzn.htm
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