Lors du processus de fusion de métaux non-ferreux tels que le cuivre, le plomb et le zinc, des sous-produits-contenant des métaux précieux comme l'or, l'argent, le platine et le palladium sont générés (par exemple, de la boue d'anode, des scories de fusion et de la poussière de combustion). Si ces sous-produits-sont rejetés directement, cela entraîne non seulement un gaspillage des ressources, mais peut également présenter des risques environnementaux. L'industrie utilise principalement trois types de technologies -procédés pyrométallurgiques, procédés hydrométallurgiques et procédés combinés-pour obtenir une récupération efficace des métaux précieux. Chacun de ces processus a ses caractéristiques techniques et ses scénarios adaptés, soutenant collectivement le « recyclage des ressources » et la « valorisation » dans l'industrie métallurgique non ferreuse.
1. Processus pyrométallurgique : une technologie traditionnelle de récupération à haute efficacité-pilotée par des températures élevées
Le processus pyrométallurgique est une technique classique qui utilise le principe de "séparation par fusion à haute-température" pour enrichir et purifier les métaux précieux des sous-produits-. En raison de sa technologie mature et de sa grande capacité de traitement, il reste le choix principal pour récupérer les métaux précieux à partir de la boue d'anode (le sous-produit principal contenant des métaux précieux dans la fusion du cuivre et du plomb).
Principe fondamental
En chauffant à des températures élevées (1 200 -1 500 degrés), les métaux de base (tels que le cuivre, le plomb et l'étain) contenus dans les sous-produits fondent pour former des « scories » ou des « alliages », tandis que les métaux précieux (or, argent, platine, palladium) ayant des points de fusion et des densités élevés se déposent et se concentrent dans le système fondu, formant des « lingots de plomb » (alliage de plomb contenant métaux précieux) ou « or brut ». Les processus de raffinage ultérieurs (tels que l'électrolyse et la coupellation) produisent des métaux précieux de haute pureté.
Processus typique (en prenant comme exemple le traitement des boues d'anode de cuivre)
Prétraitement de torréfaction: Rôtir la boue d'anode à 600-800 degrés pour éliminer les impuretés volatiles comme le soufre, le sélénium et le tellure, empêchant ainsi la génération de gaz nocifs lors de la fusion ultérieure.
Fusion par réduction: Ajouter des agents réducteurs comme le coke et la limaille de fer, les mélanger avec la boue d'anode grillée et les introduire dans un four à réverbère ou un convertisseur. À haute température, les métaux communs forment des scories, tandis que les métaux précieux se déposent sous forme de « lingots de plomb ».
Affinage par coupellation : envoyer les lingots de plomb dans un four à coupellation et les chauffer dans l'air pour oxyder le plomb en oxyde de plomb (qui est éliminé avec les scories), laissant derrière lui "l'alliage d'or-argent".
Purification électrolytique : L'alliage or-argent est traité avec de l'acide nitrique pour séparer l'argent et avec du chlorure pour séparer l'or, suivi d'une électrolyse pour obtenir de l'or et de l'argent d'une pureté supérieure à 99,99 %. Le platine et le palladium sont ensuite récupérés à partir des solutions de déchets.
Avantages et scénarios appropriés
Avantages: Large processing capacity (single furnace can handle tens of tons of anode slime per day), high recovery rates for precious metals (generally >98 % pour l'or et l'argent), et une forte stabilité du processus avec un impact minimal des fluctuations de la composition des sous-produits.
Scénarios appropriés : -sous-produits contenant des métaux de base facilement fondus comme le plomb et le cuivre (par exemple, boue d'anode de cuivre, poussière de combustion de plomb), particulièrement adaptés à la valorisation industrielle-à grande échelle.
2. Procédé hydrométallurgique : une technologie de séparation précise par dissolution chimique
Le processus hydrométallurgique utilise le principe de « dissolution sélective avec des réactifs chimiques » pour extraire les métaux précieux des sous-produits à l'aide d'acides, de bases ou d'agents complexants, suivi d'une précipitation, d'une adsorption ou d'une électrolyse pour la séparation et la purification. En raison de ses avantages environnementaux et de la séparation précise des impuretés, il a été de plus en plus utilisé dans la récupération de produits de composition complexe et de faible qualité-ces dernières années.
Principe fondamental
Des réactifs spécifiques (tels que les cyanures, la thiourée, l'eau régale, les chlorures) sont choisis en fonction de la composition des sous-produits pour former des complexes solubles (par exemple, un complexe de cyanure d'or, un complexe de thiourée d'argent) à température ambiante ou à basse température (50 à 90 degrés), tandis que les impuretés de base (telles que le fer, l'aluminium et le silicium) restent insolubles ou précipitent. Les métaux précieux sont ensuite récupérés de la solution par déplacement de poudre de zinc, adsorption sur charbon actif ou électrodéposition.
Processus typique (en prenant le traitement des scories de fusion comme exemple)
Prétraitement: Broyage et broyage des scories de fusion en fines particules (inférieures à 200 mesh) pour augmenter la surface de contact avec les réactifs.
Lessivage: Lessivage des scories avec de l'acide sulfurique dilué ou de l'acide chlorhydrique pour extraire les métaux de base (par exemple, le fer, le zinc), filtration pour obtenir des « scories précieuses », puis lessivage des scories précieuses avec une solution de cyanure de sodium (ou une solution de thiourée) pour obtenir un lixiviat contenant des métaux précieux.
Séparation et rétablissement: Ajout de poudre de zinc au lixiviat pour déplacer l'or et l'argent, formant ainsi une « boue d'or ». Si du platine et du palladium sont présents, ils peuvent être séparés par adsorption sur résine échangeuse d'ions.
Purification : La boue d'or est lavée à l'acide-pour éliminer les impuretés, puis purifiée par électrolyse ou fusion pour obtenir de l'or et de l'argent purs.
Avantages et scénarios appropriés
Avantages : Faible consommation d'énergie (pas de chauffage à haute-température requis), bonnes performances environnementales (la pollution peut être réduite grâce au recyclage des eaux usées), taux de récupération élevés pour les métaux précieux de faible-qualité (par exemple, teneur en or dans les scories<5g/t), and simultaneous recovery of platinum and palladium.
Scénarios appropriés : scories de fusion-de faible qualité, scories précieuses contenant des impuretés difficiles-à-fondre comme le silicium et l'aluminium, et zones ayant des exigences environnementales élevées (par exemple, fonderies à proximité de sources d'eau).
3. Processus combiné : une combinaison efficace de « enrichissement physique + purification chimique »
Le processus combiné utilise d'abord des techniques d'enrichissement physique (telles que la flottation et la séparation par gravité) pour enrichir les métaux précieux à partir de sous-produits-, suivis de processus hydrométallurgiques ou pyrométallurgiques pour la purification. Cette approche équilibre "l'enrichissement à faible-coût" et la "récupération de haute-pureté", ce qui la rend particulièrement adaptée au traitement de compositions complexes et de métaux précieux finement incorporés dans les sous-produits (par exemple, les poussières de combustion de fusion à grains fins-et les résidus de faible-qualité).
Principe fondamental
En exploitant les différences de propriétés physiques entre les métaux précieux et les impuretés (telles que la densité, le magnétisme et l'hydrophobicité de la surface), le processus d'enrichissement concentre les métaux précieux en « concentré » (augmentant la qualité du métal précieux de 10 -100 fois), réduisant le volume de matériau pour une fusion ou un traitement chimique ultérieur, réduisant ainsi les coûts. Les caractéristiques du concentré dictent alors s’il faut utiliser des procédés pyrométallurgiques ou hydrométallurgiques pour la récupération de haute pureté des métaux précieux.
Processus typique (en prenant comme exemple le traitement des poussières de combustion à grains fins)
Enrichissement par séparation gravitationnelle: Mélanger de la poussière de combustion avec de l'eau pour créer une bouillie, en utilisant des tables vibrantes ou des concentrateurs centrifuges pour séparer les impuretés plus légères (comme la silice) des métaux précieux plus lourds (densité de l'or 19,3 g/cm³), donnant ainsi des concentrés bruts de métaux précieux.
Purification par flottation: Ajout de collecteurs (par exemple, xanthate) au concentré brut pour rendre la surface des minéraux de métaux précieux hydrophobe, leur permettant de se fixer aux bulles d'air et de former des « concentrés de flottation » (augmentant encore la qualité des métaux précieux).
Affinage hydrométallurgique: Lessivage du concentré de flottation avec de l'eau régale, suivi d'une extraction par solvant (par exemple, en utilisant du carbamate de dibutyle pour extraire l'or) pour séparer l'or, l'argent, le platine et le palladium, produisant finalement des produits de métaux précieux purs.
Avantages et scénarios appropriés
Avantages : faible coût pour l'enrichissement physique initial, consommation minimale de réactifs chimiques ultérieurs, taux de récupération globaux élevés (5 % -10 % supérieurs à ceux des procédés hydrométallurgiques ou pyrométallurgiques uniques) et capacité à traiter des sous-produits à grains fins-et de faible qualité- difficiles à récupérer par d'autres méthodes.
Scénarios appropriés : Poussière de combustion à grains fins-, résidus de faible-qualité contenant des métaux précieux et sous-produits complexes-avec des métaux précieux incrustés dans des minéraux de gangue.
Analyse comparative des trois processus et tendances des applications industrielles
| Type de processus | Avantages principaux | Principaux inconvénients | Sous-produits-applicables typiques | Taux de récupération des métaux précieux |
|---|---|---|---|---|
| Pyrométallurgique | Grande capacité de traitement, forte stabilité | Consommation d'énergie élevée, doit gérer des gaz de combustion à haute-température | Boue d'anode en cuivre/plomb, poussière de combustion de haute qualité- | >98% |
| Hydrométallurgique | Faible consommation d'énergie, bonnes performances environnementales | Temps de traitement long, coûts de réactifs élevés | Scories de fonderie de faible qualité-, scories précieuses | 95%-98% |
| Processus combiné | Faible coût, taux de récupération élevé | Plusieurs étapes de processus, nécessitant un équipement d'enrichissement pris en charge | Poussière de combustion à grains fins-, résidus de faible-qualité | 96%-99% |
Actuellement, le procédé pyrométallurgique domine toujours la récupération des boues d'anodes de haute qualité-à grande échelle-, mais il améliore ses performances environnementales grâce aux technologies de « récupération de chaleur résiduelle » et de « purification des gaz de combustion ». Le processus hydrométallurgique évolue vers une « lixiviation sans cyanure-sans cyanure » (comme la lixiviation à la thiourée et au chlorure) pour réduire l'utilisation de réactifs hautement toxiques. Le processus combiné devient la direction dominante pour la récupération des sous-produits complexes et de faible qualité-, en particulier dans le cadre de la promotion des objectifs de « double carbone », car ses caractéristiques de « faible consommation d'énergie et de recyclage élevé » s'alignent plus étroitement avec les besoins de développement durable de l'industrie.
Grâce à l'application flexible de ces trois processus, les métaux précieux contenus dans les sous-produits-de la métallurgie des métaux non ferreux peuvent être récupérés efficacement, améliorant ainsi les avantages économiques pour les entreprises et réalisant un recyclage des ressources qui transforme les déchets en matériaux précieux, fournissant ainsi un approvisionnement stable en matières premières pour l'industrie des métaux précieux (comme les bijoux, l'électronique et les nouvelles énergies).
