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La lixiviation désigne dans le domaine de la chimie, de la pharmacie ou des sci

La lixiviation désigne dans le domaine de la chimie, de la pharmacie ou des sciences du sol, toutes les techniques d'extraction de produits solubles par un solvant, et notamment par l'eau circulant dans le sol ou dans un substrat contenant des produits toxiques1.3. Propriétés de l’acide sulfurique 1.3.1. Propriétés physiques [2,3] L'acide sulfurique est un liquide visqueux, incolore et inodore. À l’air et à température ambiante, l’acide concentré émet des vapeurs toxiques invisibles. À partir de 30°C, il émet des vapeurs lourdes, blanchâtres et piquantes. L’acide sulfurique fumant ou l’oléum3 résulte de la dissolution de soufre dans l’acide sulfurique. Il est miscible avec de l’eau (réaction exothermique). En diluant l’acide sulfurique avec de l’eau on obtient les acides sulfuriques dilués dont la concentration est indiquée en % H2SO4, et l’on obtient un mélange azéotrope4, bouillant à 338°C, qui contient environ 98% d’acide pur. L'acide sulfurique est un diacide, dont la première fonction acide est forte et la seconde et plus faible. 1 Le vitriol vert : est une espèce minérale composée de sulfate de fer heptahydraté, de formule chimique FeSO4 · 7H2O 2 Le salpêtre : Le nitrate de potassium, connu depuis le Moyen-âge sous le nom de salpêtre est un composé inorganique de formule chimique KNO3. 3 L’oléum : Un oléum, jadis appelé acide sulfurique fumant, résulte de l'addition de trioxyde de soufre SO3 dans de l'acide sulfurique , de formule chimique H2S2O7 4 Un azéotrope : Se dit d’un mélange de liquides, homogène et de composition fixe, qui bout à une température constante. Chapitre I : Généralités sur l’Acide Sulfurique 3 H2SO4 HSO4 - + H+ pKa = -3.0 (1.1) HSO4 - SO4 2- + H+ pKa = 1.9 (1.2) Ses principales caractéristiques physiques sont : - La masse molaire : 98.08 g/mol. - Point de fusion : 10.31°C pour l’acide sulfurique 98 % . - Point d’ebullution : 338°C ,avec décomposition en trioxyde de soufre et eau. - La viscosité dynamique à 25°C = 26.9 m Pas. - Le poids spécifique de l'acide sulfurique 98 % est de 1.838 g·cm-3, 66° Baumé à 15˚C. L'acide sulfurique forme plusieurs hydrates: voir le tableau ci-dessous : Tableau 1.1 : Exemples d’hydrates de l'acide sulfurique [4] Formule Dénomination scientifique % H2SO4 Point de fusion ˚C + 10.31 + 9.72 - 7.00 - 25.0 98 84.48 78.13 57.67 -acide sulfurique - acide sulfurique monohydrate -acide sulfurique di hydrate -acide sulfurique tétra hydrate H2SO4 H2SO4. H2O H2SO4.2 H2O H2SO4.4 H2O 1.3.2. Propriétés chimiques Il est un acide fort, en solution aqueuse, il se dissocie totalement en ions (H+) et en ions sulfate (SO4 2-). Chaque molécule de l’acide libère deux ions d’hydrogène [1]. C'est un produit déshydratant efficace : il fixe l’humidité des composés environnants. Il est utilisé comme dessiccatif dans la synthèse de l’éther, de la nitroglycérine et des colorants [1]. l’acide sulfurique concentré à chaud est un oxydant puissant : il peut dissoudre des métaux peu réactifs tels que le cuivre et le mercure pour former un sulfate métallique, du dioxyde de soufre et de l’eau [1]. La dissolution de SO3 dans l’acide sulfurique H2SO4 forme l’acide sulfurique fumant ou l’oléum [4]. Il réagit vivement avec de nombreuses matières organiques, les métaux en poudre, les carbures, les chlorates, les chromates, les nitrates, etc., en produisant une très grande Chapitre I : Généralités sur l’Acide Sulfurique 4 quantité de chaleur. La réaction peut être explosive. Il est soluble dans l’eau avec un grand dégagement de chaleur [5]. Si l'on verse de l'eau sur de l'acide sulfurique concentré, celui-ci explose littéralement; cette réaction violente et dangereuse est accompagnée de projection de liquide [3]. Les principaux métaux usuels sont attaqués par l'acide sulfurique avec dégagement d'hydrogène. L'acide dilué attaque le zinc, le fer, certaines fontes et le cuivre, mais n'a pas d'action sur le plomb. Concentré à froid, il n'a pas d'action sur le fer, l'acier, la fonte. Mais à chaud, presque tous les métaux sont attaqués [3]. Sous l’action de la chaleur, l’acide sulfurique se décompose en trioxyde de soufre et en eau. La réaction et pratiquement complète vers 450°C. À température plus élevée, le 1. trioxyde de soufre est lui-même dissocié en dioxyde de soufre et en oxygène [3]. V.1. GENERALITES SUR L’HYDROMETALLURGIE V.1.1. Introduction : La métallurgie extractive est divisée en deux parties : la pyrométallurgie etl’hydrométallurgie. La pyrométallurgie est la méthode la plus ancienne. Elle a été utilisée dès l’antiquité. L’hydrométallurgie n’est utilisée qu’à partir du XIXesiècle. Par rapport à la pyrométallurgie, elle est moins coûteuse en énergie car les différentes opérations sont effectuées à la température ambiante. Dans ce chapitre on va présenter les différentes étapes et méthodes métallurgiques. Nous avons utilisé certaines de ces méthodes pour valoriser les boues d’hydroxydes métalliques. V.1.2. Principe de l’hydrométallurgie : L’hydrométallurgie consiste en différentes opérations chimiques successives caractérisées par la mise en solution d’un métal et sa purification à partir de cette solution. Elle comprend principalement les étapes suivantes qui sont séparées par des opérations d’extraction solide/liquide : -Lixiviation : mise en solution du métal. -Purification de la solution des impuretés autre que le métal désiré. -Raffinage du métal : élimination des dernières traces d’impuretés. Dans la plupart des cas, on ajoute des opérations de prétraitement pour conditionner le métal sous une forme lixiviable ou pour le concentrer. V.1.3 Prétraitement : Cette opération a pour but de conditionner le métal à extraire sous une forme plus facilement lixiviable. Deux types de traitement peuvent être effectués : V.1.3.1. Séparation physique : Dans ce type de prétraitement la nature de l’espèce minérale reste inchangée. Cette étape est nécessaire car les procédés hydrométallurgiques sont souvent appliqués à des minerais pauvres. Une concentration physique de l’espèce minérale contenant l’élément à traiter permet : - de diminuer les frais de transport de la mine à l’installation de lixiviation. - de réduire la taille de cette installation, donc les investissements et les frais d’exploitation. - de réduire la consommation de réactifs lors de la lixiviation par élimination des stériles. Les séparations physiques utilisées en hydrométallurgie comprennent : - le tri mécanique associé à une évolution de la teneur de l’élément recherché. - la séparation par densité, appliquée en particulier aux sables aurifères. - la flottation basée sur la différence de mouillabilité des minéraux. - la séparation magnétique, applicable aux matériaux ferromagnétiques et paramagnétiques, et utilisant le champ d’un aimant. - la séparation électrostatique. Valorisation hydrométallurgique des boues V.1.3.2. Prétraitements chimiques : Au contraire de la séparation physique, les prétraitements chimiques permettent d’obtenir une nouvelle espèce plus soluble. Ils sont, en général, constitués par des grillages en absence ou en présence d’air ou d’autres réactifs selon les cas. Ils servent à : - décomposer un sel (FeAsS). - oxyder certains sels (par exemple, les sulfures en oxydes ou en sulfates plus faciles à lixivier). - réduire certains oxydes (MnO2en MnO plus soluble dans l’acide sulfurique). - transformer en sels solubles des composés réfractaires comme dans le traitement chlorurant des cendres de pyrite. - permettre une lixiviation plus aisée par accroissement de la porosité du minerai. V.1.4. lixiviation : Cette opération a pour but de mettre en solution, sous forme ionique ou d’espèces solubles, le ou les métaux à traiter. Il faut déterminer le type de lixiviation optimal en termes de consommation et de coût de réactifs, de solubilisation minimale d’impuretés et d’entretien du métal. Selon la nature du réactif utilisé, on distingue les lixiviations suivantes : -A l’eau -Acide -Alcaline -Complexante -Oxydante -bactérienne Lixiviation acide : L’acide sulfurique est l’agent de lixiviation acide le plus couramment utilisé à cause de son faible coût et de sa faible corrosivité ; il est efficace vis-à-vis de nombreux minéraux. On peut dissoudre ainsi : - de nombreux oxydes : CuO, ZnO, Fe2O3, etc. naturels ou obtenus par grillage. - des composés complexes : CuCO3, Cu(OH) 2. - de nombreux hydroxydes et oxydes métallique. Il présente, par contre, l’inconvénient de réagir avec les carbonates, le fer et la chaux. L’acide chlorhydrique est peu employé en raison de son caractère corrosif et de son coût. Il intervient : - dans le traitement de la pyri 3 te ; extraction du cuivre, du nickel, du zinc et du plomb. - dans la lixiviation de minerais d’étain, de bismuth pour l’extraction de ces métaux. L’eau régale (mélange de HCl et HNO3) est employée pour lixivier les minerais de platine à l’état natif. Miskufova. A et Havlik.T [35] ont utilisé l’acide sulfurique (0.01 – 0.5M) pour dissoudre une boue de cuivre, zinc et chrome à une température de 18 à 20° C. F . Veglio et R. Quaresima [36] ont aussi utilisé l’acide sulfurique, avec une concentration de 0.05 – 0.15M et à des températures comprises entre 30 et 90° C, pour lixivier un mélange de cuivre et nickel. B. RamachandraReddy et D. NeelaPriya [37] ont utilisé l’acide chlorhydrique HCl pour dissoudre le mélange de Ni, Cd et Co. Ils ont travaillé sous ces conditions : [HCl]=1.5M, T = 85°C et t = 6 h Dialyse acide : Après la lixiviation des hydroxydes métalliques, un excès uploads/Finance/ expose-lixiviation-copie.pdf