Memoire Online - Possibilité de récupération du cuivre par lixiviation acide des boues anodiques des usines de Shituru

Les tests ont été réalisés pour récupérer le cuivre des boues anodiques des US par mise en solution après une caractérisation chimique et une caractérisation minéralogique de ces boues.

Les paramètres suivis sont : la concentration en acide sulfurique, le temps de conditionnement de la lixiviation et la durée du grillage oxydant.

La composition chimique des boues anodiques des US a été déterminée par le dosage des éléments les plus fréquemment rencontrés dans ce type de produits. Le tableau 2 en présente une composition chimique moyenne. Il met en évidence la forte teneur en cuivre, ce qui est normal vu l'origine de l'échantillon, et des teneurs très faibles en métaux précieux (Au et Ag) toujours dû à l'origine de l'échantillon. La teneur en plomb est aussi importante alors que le cobalt, le nickel, le zinc et les autres éléments constituent les éléments mineurs.

La particularité des boues anodiques des US est que les anodes solubles ne proviennent pas de la pyrométallurgie du cuivre (où on obtient le cuivre blister) mais plutôt de l'hydrométallurgie du cuivre. Ce sont les cathodes commerciales (d'une teneur en Cu de 99,98%) produites toujours aux US qui sont utilisés comme anodes solubles.

Elément	Teneur
Cu	54,01%
Pb	4,63%
Au	88ppm
Ag	0,91ppm
Co	0,14%
Ni	0,013%
Zn	0,042%
Fe	0,558%

L'analyse minéralogique a pour objectif de déterminer la façon dont sont associés les éléments contenus dans les boues anodiques. Ceci pourra servir dans la suite du travail à établir les relations entre les éléments et les phases minérales qui sont affectées ou non lors des opérations de grillage et de lixiviation. Ainsi, les éléments et minéraux présents dans l'échantillon des boues anodiques ont été identifiés par observation au microscope binoculaire stéréoscopique.

Les résultats des tests sont consignés dans le tableau 3 et illustrés à la figure 6.

Tableau 3 Résultats des tests de lixiviation des boues anodiques non grillées en fonction du

Temps (Heure)	Taux de dissolution (%)		Acidité libre
	Cu	Pb	?????????? (g/l)
1	8,02	28,79	176,4
2	8,66	27,50	174,44
3	8,98	23,61	151,9

Figure 6 Evolution du taux de dissolution du Cu et Pb en fonction du temps lors de la
lixiviation des boues anodiques non grillées.

L'analyse des résultats obtenus montrent qu'une variation du temps de conditionnement entre 1 heure et 3 heures n'affecte que très peu le taux de dissolution du cuivre.

Une durée de 1H est alors suffisante pour dissoudre le maximum de cuivre soluble et le plomb, notamment 8% Cu et 29% Pb.

On remarque que le taux de dissolution du Pb diminue avec le temps dans l'intervalle de temps considéré.

1	8,24	18,14	85,26
2	8,66	27,50	174,44
3	9,11	20,59	281,42

Les résultats des tests sont consignés dans le tableau 4 et illustrés à la figure 7.

Tableau 4 Résultats des tests de lixiviation des boues anodiques non grillées en fonction de la

Figure 7 Evolution du taux de dissolution du Cu et Pb en fonction de la concentration lors de
la lixiviation des boues anodiques non grillées.

Les résultats obtenus montrent que la variation de la concentration de ??₂????₄entre 1 et 3 M affecte très peu le taux de dissolution du cuivre, qui est en moyenne de 8,5%.

On remarque aussi que le taux de dissolution du Pb augmente à la concentration de 2 M (27,5 %) puis diminue à la concentration de 3 M (20,59 %).

L'examen de l'ensemble des résultats obtenus au cours de cette phase de l'étude montre que le taux de dissolution du cuivre dans les boues anodiques non grillées est très faible (8 à 9%). D'après les résultats, presque tout le cuivre soluble présent dans les boues anodiques a été mis en solution dans les conditions suivantes : Concentration de ??2????4 = 1 M ; Rapport S : L = 1/12 ; Température = 60°C ; Durée de l'attaque = 1H.

En effet, l'essai réalisé dans ces conditions a donné les résultats consignés dans le tableau ci-après, avec une perte en poids de l'échantillon initial de 15 %. On déduit de ces résultats que le résidu solide de lixiviation est devenu encore plus riche en Cu.

Tableau 5 Dissolution du Cu et Pb contenus dans les boues anodiques non grillées (H2SO4
1M; S/L 1/12; T° 60°C; Conditionnement 1H)

Elément	Cu	Pb
Taux de dissolution, %	8,36	12,38
Teneur en solide résiduel, %	57,67	4,72
Teneur solution lixiviation, g/l	6,68	0,86

IV.3.2 Lixiviation des boues anodiques grillées pendant 1H IV.3.2.1 Effet du temps de conditionnement

Les résultats des tests sont consignés dans le tableau 6 et illustrés à la figure 8.

Tableau 6 Résultats des tests de lixiviation des boues anodiques grillées durant 1H en
fonction du temps

			?????????? g/l
	Cu	Pb
1	25,33	13,96	157,78
2	25,38	20,01	156,8
3	25,43	18,28	151,9

Figure 8 Evolution du taux de dissolution du Cu et Pb en fonction du temps lors de la
lixiviation des boues anodiques grillées durant 1H.

L'examen des résultats obtenus montrent qu'une variation du temps de conditionnement entre 1 heure et 3 heures n'affecte que très peu le taux de dissolution du cuivre comme dans le cas précèdent.

Une durée de 1H est alors suffisante pour dissoudre le maximum de cuivre soluble et le plomb, notamment 25% Cu et 13% Pb.

On remarque que le taux de dissolution du Pb augmente avec le temps dans l'intervalle de temps considéré puis diminue vers les 3H de conditionnement.

Les résultats des tests sont consignés dans le tableau 7 et illustrés à la figure 9.

Tableau 7 Résultats des tests de lixiviation des boues anodiques grillées durant 1H en fonction de la concentration

1	23,23	6,76	59,78
2	25,38	20,01	156,8
3	24,96	13,86	258,72

Figure 9 Evolution du taux de dissolution du Cu et Pb en fonction de la concentration lors de la lixiviation des boues anodiques grillées durant 1H.

L'examen des résultats obtenus montrent que la variation de la concentration de ??₂????₄entre 1 et 3 M affecte très peu le taux de dissolution du cuivre, qui est en moyenne de 24,5%.

On remarque aussi que le taux de dissolution du Pb augmente à la concentration de 2 M (20,01 %) puis diminue à la concentration de 3 M (13,86 %).

D'après les résultats obtenus au cours de cette phase de l'étude, le taux de dissolution du cuivre des boues anodiques grillées durant 1H a augmenté par rapport aux boues anodiques non grillées. Presque tout le cuivre soluble présent dans les boues anodiques grillées durant 1H a été mis en solution dans les conditions suivantes : Concentration de ??2????4 = 1 M ; Rapport S : L = 1/12 ; Température = 60°C ; Durée de l'attaque = 1H.

En effet, l'essai réalisé dans ces conditions a donné les résultats consignés dans le tableau ci-après, avec une perte en poids de l'échantillon initial de 23 %. On déduit de ce tableau que le résidu solide de lixiviation est toujours riche en Cu.

Tableau 8 Dissolution du Cu et Pb contenus dans les boues anodiques grillées durant 1H (H2SO4 1M; S/L 1/12; T° 60°C; Conditionnement 1H)

Elément	Cu	Pb
Taux de dissolution, %	23,41	5,32
Teneur en solide résiduel, %	53,31	5,79
Teneur solution lixiviation, g/l	18,7	0,37

Ces tests ont porté sur l'étude de l'influence de l'acidité du milieu uniquement. D'après les tests précédents notamment sur la cinétique de lixiviation. Ils montrent qu'une variation du temps de conditionnement entre 1 heure et 3 heures n'affecte pas considérablement le taux de dissolution du cuivre.

IV.3.3.1 Lixiviation des boues anodiques grillées durant 2H Effet de la concentration en H2SO4

Les résultats des tests sont consignés dans le tableau 9 et illustrés à la figure 10.

Tableau 9 Résultats des tests de lixiviation des boues anodiques grillées durant 2H en fonction de la concentration

		H2SO4 g/l
*Cu Pb*
1	68,32		0,86	2,94
2	65,8		1,15	58,8
3	54,94		1,15	108,23

Figure 10 Evolution du taux de dissolution du Cu et Pb en fonction de la concentration lors de la lixiviation des boues anodiques grillées durant 2H.

IV.3.3.2 Lixiviation des boues anodiques grillées durant 3H Effet de la concentration en H2SO4

Les résultats des tests sont consignés dans le tableau 10 et illustrés à la figure 11.

1	66,19	1,44	3,92
2	75,3	1,74	46
3	70,04	1,44	120,5

Tableau 10 Résultats des tests de lixiviation des boues anodiques grillées durant 3H en fonction de la concentration

Figure 11 Evolution du taux de dissolution du Cu et Pb en fonction de la concentration lors de la lixiviation des boues anodiques grillées durant 3H.

IV.3.3.3 Résultats des tests sur les résidus solides de lixiviation des boues anodiques grillées durant 2H et 3H

Nous avons remarqué, lors de ces tests, la formation d'un précipité brun ainsi des cristaux bleus de sulfate de cuivre CuSO4. Nous pensons du précipité qu'il s'agit du sulfate de plomb PbSO₄.

Figure 12 Résidu solide au test de lixiviation des boues anodiques grillées durant 2H IV.3.3.4 Analyse des résultats

L'examen des résultats obtenus au cours de cette phase de l'étude, le taux de dissolution du cuivre est meilleur dans les conditions opératoires suivantes : Concentration de H2SO4 = 2 M ; Rapport S : L = 1/12 ; Température = 60°C ; Durée de l'attaque = 2H.

L'essai réalisé dans ces conditions a donné les résultats consignés dans le tableau ci-après, avec une perte en poids de l'échantillon initial de 55,3 %. On déduit de ce tableau que la teneur du cuivre dans le résidu solide de lixiviation a baissé.

Tableau 11 Dissolution du Cu et Pb contenus dans les boues anodiques grillées durant 3H
(H2SO4 2M; S/L 1/12; T° 60°C; Conditionnement 2H)

Elément	Cu	Pb
Taux de dissolution, %	75,30	1,74
Teneur en solide résiduel, %	27,66	11,62
Teneur solution lixiviation, g/l	61	0,12

La formation du précipité de sulfate de plomb PbSO₄ ainsi que des cristaux bleus de sulfate de cuivre CuSO₄ expliquerait la baisse exponentielle de l'acidité des solutions de lixiviation comme le démontrent les tableaux 9 et 10.

Remarque : dans les solutions de lixiviation des essais (lixiviation des boues anodiques grillées durant 2H à 2M et 3M) qui ont vieilli, plus de 16h après l'essai avant de subir la filtration, on a observé une forte présence des cristaux de sulfate de cuivre CuSO₄ et du précipité de sulfate de plomb PbSO₄.

La lixiviation des boues anodiques des U.S en milieu acide sulfurique dilué dépend énormément des conditions opératoires et des phases minérales présentes.

La lixiviation des boues anodiques non grillées présente un résidu final de lixiviation représentant environ 85% du produit initial et se compose de 57,67% Cu et 4,72% Pb. Il se retrouve donc encore plus enrichi en cuivre. Le taux de dissolution de Cu ne dépasse pas 9% et celui du Pb ne dépasse pas 29%, le cuivre métallique est difficilement soluble dans ces conditions de lixiviation. La dissolution de l'élément cuivre contenu dans les boues anodiques des U.S nécessiterait un grillage oxydant pour transformer le cuivre métallique Cu^° en oxyde cuivrique CuO qui, lui est soluble en milieu acide sulfurique.

En effet, la lixiviation des boues anodiques des U.S ayant subi un grillage oxydant a permis de dissoudre une quantité assez importante de cuivre et cela en fonction du temps de grillage. Cependant le taux de dissolution du plomb a drastiquement chuté. Pour les boues anodiques ayant subi un grillage oxydant d'1H, le taux de dissolution est en moyenne de 24 % pour le cuivre et celui du plomb est très variable allant de 6 à 20% ; pour les boues anodiques ayant subi un grillage oxydant de 2H, le taux de dissolution ne dépasse pas 69 % pour le cuivre et celui du plomb est de 1,15% et pour les boues anodiques ayant subi un grillage oxydant de 3H, le taux de dissolution du cuivre a atteint 75 % et celui du plomb 1,74 %.

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CHAPITRE IV PRESENTATION ET ANALYSE DES RESULTATS