Récupération de la pyrite et du plomb : un aperçu
S’ajoutant à sa myriade d’utilisations, La pyrite
est un élément efficace et essentiel de la production et de la récupération du plomb. S’appuyant soit sur les profils de porosité, soit sur la chimie redox de la pyrite, les inclusions industrielles de pyrite en quantités stœchiométriques et substœchiométriques de pyrite (traitée ou non) offrent des propriétés complètes d’élimination du plomb de la solution aqueuse et sont seules responsables de la poussée de l’équilibre vers la droite dans la fusion du plomb. De plus, la pyrite trouve des utilisations sous sa forme calcinée ou cendrée pour l’élimination des métaux (y compris le plomb) d’une solution aqueuse, comme dans les résidus miniers.
Pyrite dans le processus de fusion du plomb
Il ne fait aucun doute que la fusion, aussi simple que cela puisse paraître, est un processus complexe. De nombreux composants sont ajoutés à la fonderie en plus du minerai et/ou du métal recyclé. L’équation chimique de la conversion de l’oxyde de plomb (PbO, le minerai primaire) en métal (1) est illustrée ci-dessous. En utilisant la chaleur et une combinaison d’additifs réducteurs et oxydatifs, le processus est efficace et efficient. Les voies de réduction et d’oxydation ci-dessous sont cruciales et ne fonctionneraient pas sans pyrite. La pyrite agit ici comme un réducteur.
2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 Pb ΔG = -23 804 kcal mol-1
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb ΔG = -9 548 kcal mol-1
Malgré les températures élevées auxquelles ces réactions sont effectuées, elles sont thermodynamiquement favorables à 1 100 °C(2), comme le montrent les valeurs d’énergie libre de Gibbs (ΔG) citées ci-dessus. La poussée d’équilibre est très efficace ici, les espèces de fer produites ayant pour effet de pousser l’équilibre vers la droite lorsqu’elles se dissolvent dans les scories. Cet effet est encore modulé par le fait que le dioxyde de soufre est facilement et rapidement perdu dans l’atmosphère. Le carbonate de sodium qui est ajouté pour séquestrer le trioxyde de soufre et le convertir en sulfate de sodium et en dioxyde de carbone (SO 3 à Na 2 SO4 + CO2) qui pénètre dans les scories et disparaît dans l’atmosphère respectivement(3) n’est pas représenté. Le soufre élémentaire pourrait théoriquement être utilisé, mais il est plus difficile à manipuler que la
pyrite
et a un point de fusion et d’ébullition plus bas, ce qui le rend moins efficace(4).
Élimination secondaire du plomb
En raison de l’absence de besoin de chimie redox pour l’élimination secondaire du plomb (c’est-à-dire le plomb qui a été dérivé de sources de ferraille dans la plupart des cas), la pyrite n’a aucun rôle à jouer ici à moins que le plomb ne soit fondu et ajouté dans un processus d’isolement conventionnel (primaire). Le plomb, comme beaucoup d’autres métaux, est recyclable à l’infini à condition que les impuretés puissent être éliminées.
Torréfaction par chloration
La torréfaction par chloration est une méthode d’extraction des métaux de grande valeur des résidus. En torréfiant les résidus miniers (provenant de l’extraction du plomb, de l’or et de l’argent, par exemple) et en les soumettant ensuite à une atmosphère riche en chlore, les métaux de grande valeur forment facilement leurs sels de chlorure in situ, qui sont ensuite facilement séparables et déchlorés par la suite. La pyrite a été proposée comme matériau pour améliorer la conversion de la source de chlorure (chlorure de calcium) en chlore élémentaire(5), selon la formule suivante :
CaCl2 + FeS 2 + O 2 → CaSO4 + Fe 2 O3 + Cl 2
Le chlore gazeux peut alors réagir avec n’importe quel métal présent (comme le plomb, l’or, etc., qui est en faible concentration et largement dispersé dans les résidus) pour former le chlorure de ce métal :
M + Cl 2 → MCl2 (ou d’autres chlorures du métal, où « M » est un métal)
Le chlore serait finalement produit par simple décomposition thermique du chlorure de calcium, mais la pyrite améliore cela. L’utilisation de la pyrite a également des applications plus larges dans le nettoyage de divers résidus métalliques, y compris le cyanure(6). Dans l’ensemble, l’avantage de pouvoir utiliser de la pyrite facile à manipuler et relativement peu coûteuse pour améliorer le processus de chlorure de calcium porte ses fruits.
Pyrite et acides
Comme mentionné dans d’autres discussions sur ce site Web, la pyrite tolère largement les acides et les bases. Cela signifie qu’il peut être utilisé dans un spectre d’applications encore plus large. Une méthode d’extraction de la galène de minerai de plomb consiste à l’oxyder avec de la pyrite et de l’acide nitrique concentré. Cette méthode de « chimie humide » permet d’introduire le plomb dans la phase aqueuse par rapport à l’utilisation d’un four et à la fusion du minerai. Par conséquent, il peut avoir un besoin énergétique inférieur. En chauffant le minerai de galène avec de la pyrite et de l’acide nitrique, le sulfure de plomb s’infiltre dans la phase aqueuse, produisant finalement de l’anglesite - PbSO4. En raison des températures impliquées, l’oxydation est facilement effectuée par l’acide, avec la formation d’une petite quantité de plumbojarosite(7). Cette méthode peut être particulièrement intéressante si le plomb est éventuellement requis sous forme de sulfure/sulfate plus élevé que le plomb élémentaire ou fondu. Tout chimiste moderne préférerait utiliser une voie plus directe si c’est le sulfure/sulfate qui est nécessaire - annulant complètement le besoin du haut fourneau. Le sulfate de plomb (ii) a des utilisations prometteuses dans le stockage électrique et les batteries.
Pyrite traitée : autres applications
Alors que la plupart des applications courantes de la pyrite l’utilisent sous sa forme brute et non traitée, il y en a beaucoup d’autres où un processus simple tel que la calcination peut ouvrir plus de portes. Le point de fusion de la pyrite de 1 177 °C signifie que les températures de calcination doivent être bien inférieures à ce point. La formation de cendres de pyrite - en fait un processus de grillage suivi d’une désulfuration - a également un éventail modeste d’utilisations.
Pyrite calcinée
Comme pour les autres matériaux en cours de calcination, la pyrite traitée thermiquement deviendra plus poreuse et polycristalline, ce qui lui confère des propriétés particulièrement bien adaptées à la récupération de contaminants ou de métaux. Il a été démontré que la pyrite calcinée est efficace pour éliminer le mercure(8) et le cuivre(9) des résidus miniers et du drainage. En agriculture, la pyrite sous sa forme calcinée peut éliminer des concentrations modérément élevées d’ions ammonium, phosphate et nitrite des eaux stagnantes et des eaux de ruissellement, empêchant ainsi leur rejet dans les cours d’eau et protégeant contre l’eutrophisation(10).
Pour en revenir au plomb et à sa récupération à partir d’une solution aqueuse, on nous présente une histoire similaire : la pyrite calcinée poreuse est efficace pour éliminer le plomb. Une étude s’est penchée sur la façon dont la pyrite calcinée pouvait être supportée dans des colonnes à lit fixe et faire passer des solutions aqueuses de caractère métallique simple et mixte. En plus d’être capable d’éliminer le cuivre, la pyrite a été capable d’éliminer 73,7 mg de g-1 de plomb (mg de plomb par gramme de pyrite calcinée) à partir d’une solution métallique unique, ce qui représente environ une 15% d’efficacité.. Lorsque cela a été appliqué à une solution multimétallique contenant du cadmium et du zinc en plus du cuivre et du plomb, l’efficacité de l’élimination du plomb isolé a chuté à 2,5 %(11). Les auteurs décrivent le mécanisme d’opération comme celui de la précipitation et de la dissolution via la formation de covellite et de galène in situ, comme décrit précédemment.
Pyrite Cinder
On s’est intéressé à la conversion des oxydes métalliques en leurs sulfures équivalents, qui peuvent avoir des applications dans le domaine du stockage d’énergie. La vulcanisation est un processus plus communément associé à la production de caoutchouc - et se réfère correctement au traitement du caoutchouc naturel avec du soufre pour la dureté - mais les chercheurs ont démontré que l’oxyde de plomb peut être vulcanisé (c’est-à-dire traité avec du soufre pour la conversion en sulfure) en utilisant de la pyrite. Lorsqu’ils sont chauffés ensemble à 900 °C, l’oxyde et la pyrite se transforment en sulfure à des niveaux de conversion presque complets, ce qui donne du PbS sous forme de cristaux très purs(11).
Résumé
- La récupération du plomb est un processus industriel essentiel - assurer la prévention des pertes dans les cours d’eau et l’environnement en général est crucial
- Dans le cadre de la production de la fusion du plomb, de la pyrite est ajoutée pour s’assurer que l’oxyde de plomb est réduit en plomb métallique
- La pyrite est capable d’améliorer la torréfaction par chloration, un processus permettant d’éliminer les métaux et les métaux précieux en petites quantités des résidus, par exemple de la production de plomb
- Avec les acides, la pyrite offre une approche de « chimie humide » pour l’extraction du plomb, évitant ainsi la nécessité d’une fusion
- Dans les opérations de nettoyage industriel et de traitement des déchets miniers, la pyrite calcinée peut servir d'« éponge » pour éliminer le plomb des eaux de ruissellement ; La pyrite cendrée agit de la même manière pour éliminer le plomb de la solution aqueuse
- La cendre de pyrite est une forme de pyrite qui est efficace pour éliminer les métaux - y compris le plomb - de la solution, efficace pour une variété de métaux à des valeurs de pH supérieures à 6
Références
1 Z. Szczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55
2 H. Wang et D. Shooter, Environ. Tech., 2000, 21, 561
3 E. R. Cole et A. Y. Lee, Hydrométallurgie, 1984, p. 12, 49
4 C. Zschiesche et al., Défis et opportunités d’un procédé de fusion du plomb pour un mélange d’aliments complexes, dans : B. Davis et al. (eds), Extraction 2018, Ottawa, 2018
5 X. Guo et al., sept. Purificat. Tech., 2020 250 , 117168
6 W. Wang et al., J. Cleaner Prod., 2021, 302, 126846
7 R. G. Zárate et G. T. Lapidus, Hydrométallurgie, 2012, 115, 57
8 P. Liu et al., Minéraux, 2019, 9, 74
9 T. Chen et al., Mineur. Eau Env., 2019 36, 397
10 J. Guo et al., Env. Res., 2021, 194, 110708
11 Y. Yang et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 18180
12 A. Jokilaakso et al., Métaux, 2019, 9, 911
13 D. Chen et al., Mineur. Processus. Extraire. Metallurg., 2012, 127, 79
14 T. J. Chan et al., Ironmaking and Steelmaking, 2013 40, 430
15 D. Bendz et al., Appl. Géochem., 2017, 85, 106
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