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Code de pratiques écologiques pour les fonderies et affineries de métaux communs : Code de pratique de la Loi canadienne sur la protection de l'environnement (1999).

2 : Activités opérationnelles

La présente section fournit une description des principales activités opérationnelles des fonderies et affineries de métaux communs. Il ne s'agit pas d'une liste exhaustive des activités opérationnelles qui peuvent avoir une incidence sur l'environnement. Les activités et techniques examinées ne s'appliquent pas forcément à toutes les fonderies ou affineries de métaux communs. En fait, nous avons voulu préciser la nature et la portée des activités visées par le Code, en insistant sur celles qui sont liées aux impacts nocifs possibles sur l'environnement et aux mesures d'atténuation abordées aux sections 3 et 4.

Les principaux procédés techniques en jeu dans l'extraction et l'affinage des métaux communs se déroulent généralement selon les indications de la figure 2.

Figure 2 : Procédés qui entrent en jeu dans l'extraction et l'affinage des métaux communs28
Figure 2 : Procédés qui entrent en jeu dans l'extraction et l'affinage des métaux communs

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Les principales technologies de récupération des métaux utilisées pour produire des métaux affinés sont les suivantes :

  1. Les technologies pyrométallurgiques, qui séparent les métaux utiles d'autres matières moins utiles ou non souhaitables, à l'état fondu et à de très hautes températures. Ces procédés exploitent les différences de potentiel d'oxydation, de point de fusion, de pression de vapeur, de densité ou de miscibilité des constituants à l'état fondu.
  2. Les technologies hydrométallurgiques, qui diffèrent des précédentes en ce sens que les métaux utiles sont séparés des constituants non souhaitables à l'aide de techniques exploitant les différences de solubilité ou de propriétés électrochimiques dans des solutions acides ou basiques à des températures généralement inférieures à 300 °C.
  3. Les technologies vapométallurgiques, qui appliquent le procédé de carbonylation Inco dans lequel des alliages de nickel sont traités au monoxyde de carbone gazeux pour former du carbonyle de nickel.

Le dioxyde de soufre (SO2) peut être piégé pendant le traitement pyrométallurgique et récupéré sous forme d'acide sulfurique.

Les procédés de première fusion et d'affinage produisent le métal directement à partir du minerai, alors que la seconde fusion et l'affinage secondaire en produisent à partir des rebuts et des déchets de traitement. La plupart des établissements de première fusion ont la capacité technique de compléter la charge primaire par des matières de récupération, et un certain nombre d'entre eux le font déjà. Comme exemples de charge de rebuts, mentionnons les produits de post-consommation, comme les composants téléphoniques et informatiques, les pièces, barres, tournures, feuilles et fils métalliques hors dimension ou usés. C'est le plomb qui constitue le produit de recyclage le plus important et le plus courant, à cause surtout de la relativement courte durée de vie utile des accumulateurs plomb-acide et de la facilité relative de tri des accumulateurs à la source à des fins de collecte et de recyclage.

Les métaux communs sont notamment le cuivre, le plomb, le nickel et le zinc. Selon l'origine du minerai ou des déchets et leur teneur en métaux résiduels, on peut aussi récupérer divers coproduits métalliques tels que l'or, l'argent, l'indium, le germanium, le cadmium, le bismuth et le sélénium. On trouvera dans la présente section un aperçu général des principaux procédés actuellement utilisés dans le secteur de la fusion des métaux communs. On peut aussi trouver des ordinogrammes propres aux sites canadiens et des descriptions des procédés dans le document intitulé Review of Environmental Releases for the Base Metals Smelting Sector, préparé pour Environnement Canada par Hatch Associates Ltd., et daté du 3 novembre 2000.

2.1 Prétraitement

Le prétraitement des matières d'alimentation englobe entre autres le séchage des concentrés de barbotines, le broyage, le tri et la séparation des déchets, et le dosage de l'alimentation. Ce prétraitement a pour but d'assurer que les matières d'alimentation sont dans un état et dans des proportions convenables pour la transformation initiale.

2.2 Grillage

Le grillage est la technique classique utilisée dans le traitement pyrométallurgique des concentrés de sulfures de cuivre, de nickel et de zinc. Pendant le grillage, on extrait le soufre en ajoutant de l'air tout en chauffant et en séchant le concentré, de manière à atteindre une teneur en soufre convenable pour la fusion. Le soufre est libéré sous forme de dioxyde de soufre (SO2). Le grillage complet élimine le soufre et produit l'oxyde métallique qui sera réduit à l'aide de carbone ou de monoxyde de carbone, ou par une lixiviation dans une solution d'acide sulfurique suivie d'une électro-extraction. Le grillage incomplet permet d'enlever l'excès de soufre dans les sulfures de cuivre et de nickel en prévision du procédé de fusion des mattes. Le SO2, produit à partir des gaz résiduels recueillis est généralement récupéré comme acide sulfurique, ou parfois liquéfié.

2.3 Fusion

La fusion a deux buts - le premier est d'amener les concentrés à l'état fondu et le second de séparer le métal recherché d'autres métaux moins utiles, des impuretés et des gangues.

Les concentrés sont placés dans le four avec des fondants, du combustible (mazout, gaz naturel) et de l'oxygène (sous forme d'air, d'oxygène pur ou d'air enrichi d'oxygène). Les matières d'alimentation fondent sous l'effet des températures élevées dues à la combustion et à l'oxydation dans le four. La séparation du métal utile des autres impuretés et de la gangue se fait par fusion, le fondant siliceux formant un laitier silice-fer-soufre. Certaines impuretés sont aussi séparées du métal par oxydation et vaporisation (p. ex. le soufre, certains composés métalliques).

Le produit sortant du four de fusion est une matte ou une barre présentant une forte concentration du métal utile.

Des couches de mattes ou de barres et de laitier sont prélevées du four ou, dans le cas de procédés en continu (comme le procédé Mitsubishi), acheminées par des goulottes d'entraînement gravimétrique vers l'étape de transformation suivante. Les émissions primaires et secondaires sont piégées au moyen de réseaux de gaines directs à partir du four ou des hottes. Les gaz résiduels recueillis sont traités par un système de conditionnement des gaz qui peut inclure l'extraction du dioxyde de soufre (SO2), des particules (P), des vapeurs, etc. Les laitiers sont traités ou « nettoyés » pour en récupérer le métal utile encore présent29.

2.4 Convertissage

Le convertissage, utilisé essentiellement pour la transformation des mattes de cuivre et de nickel, permet d'enlever le soufre et le fer résiduels de la matte provenant du four de fusion. Les convertisseurs ont aussi la capacité de traiter des déchets riches. Au Canada, on utilise des procédés de convertissage tant en continu que par lots. De l'air, enrichi ou non d'oxygène, est injecté dans la matte, ce qui produit des gaz résiduels contenant du dioxyde de soufre et des métaux volatils tels que le plomb et le zinc. Le convertissage en continu permet de mieux piéger les gaz dégagés par le procédé, et assure une concentration plus stable ou plus élevée de dioxyde de soufre, autorisant le piégeage du dioxyde de soufre par la production d'acide sulfurique. Le convertissage produit du cuivre brut, ou cuivre boursouflé, ainsi nommé à cause des bulles d'air ou d'oxygène emprisonnées dans le métal fondu. Le laitier du convertisseur a habituellement une forte concentration de cuivre, et il peut être retourné au four de fusion où le cuivre sera récupéré.

2.5 Affinage au feu (affinage anodique)

Avant les étapes finales de coulage ou d'électro-affinage, il faut enlever d'autres impuretés des métaux. Ce procédé est parfois utilisé dans la production de cuivre au Canada. L'affinage au feu abaisse les teneurs en soufre et en oxygène du cuivre brut, et en extrait les impuretés sous la forme de laitier ou de produits volatils. On utilise pour cela des fours à réverbère ou des fours rotatifs. D'abord, on injecte de l'air dans le mélange fondu pour oxyder le cuivre et volatiliser les impuretés soufrées, ce qui produit une petite quantité de laitier. Un fondant au carbonate de sodium peut être ajouté pour enlever l'arsenic et l'antimoine. Le cuivre est ensuite réduit à l'aide du procédé de « perchage » avec des perches de bois vert, ou en ajoutant de l'ammoniac ou du gaz naturel pour extraire l'oxygène, le cuivre plus pur étant moulé en anodes.

2.6 Électro-affinage

L'électro-affinage permet de transformer un métal moins pur en métal purifié. Le procédé est utilisé au Canada pour affiner le cuivre, le nickel et le plomb. Le métal à purifier est moulé en anode, et placé dans une cellule électrolytique. On applique un courant, et le métal est dissous en un électrolyte aqueux acide ou en un sel fondu. Le métal pur est électrodéposé sur les plaques qui agissent comme des cathodes. Les impuretés métalliques soit se dissolvent dans l'électrolyte, soit précipitent et forment une boue. Ces schlamms d'anode, qui contiennent des métaux précieux comme de l'argent, de l'or et du tellure, sont récupérés. Les dépôts sur la cathode sont lessivés, puis coulés en barres, lingots ou feuillards pour la vente.

2.7 Affinage par carbonylation

Le procédé par carbonylation est utilisé pour affiner l'oxyde de nickel brut. Le monoxyde de carbone et le nickel brut réagissent pour former du nickel carbonyle à haute pression. Le nickel carbonyle, volatil et très toxique, est affiné par séparation des impuretés solides. Avec un chauffage supplémentaire, le monoxyde de carbone se sépare, et il se forme de la poudre ou des grains de nickel de grande pureté. Les impuretés solides contiennent du cuivre et des métaux précieux, qui sont récupérés. Les dégagements de monoxyde de carbone sont recyclés dans le procédé.

2.8 Lixiviation

La lixiviation exige l'utilisation d'un acide ou d'un autre solvant pour dissoudre le métal présent dans le minerai et les concentrés avant l'affinage et l'électro-extraction. On procède généralement en utilisant des matières sous la forme d'oxyde, que ce soit un minerai oxyde ou un oxyde produit par grillage. Les minerais sulfurés peuvent aussi être lixiviés, mais cela exige des conditions qui favorisent l'oxydation du minerai ou du concentré, comme une pression élevée, la présence de bactéries ou l'ajout d'oxygène, de chlore ou de chlorure de fer. La liqueur mère est traitée par extraction du solvant, puis purifiée. La solution purifiée est ensuite utilisée pour l'électro-extraction et l'affinage du métal.

2.9 Électro-extraction

L'électro-extraction permet de piéger le métal dissous dans la liqueur mère produite par la lixiviation (électrolyte purifié). Ce procédé, utilisé au Canada pour affiner le zinc, le cuivre, le nickel et le cobalt, est mené dans des cellules électrolytiques, avec des cuves électrolytiques contenant l'électrolyte purifié, des anodes inertes et des cathodes cibles de métal pur (pour l'affinage du cuivre) ou des cathodes permanentes d'acier inoxydable ou d'aluminium. Un courant électrique est appliqué à la cellule électrolytique, et les ions métalliques dissous (métal utile) se déposent sur la cathode. Ce procédé produit de l'oxygène gazeux, de la brume acide et un électrolyte épuisé (acide). Ce dernier est retourné au procédé de lixiviation. Au bout d'un certain temps, les cathodes sont enlevées. On peut alors les vendre telles quelles, ou en extraire le métal pour le fondre et le mouler.

2.10 Coulée

Pour la coulée, on devrait faire fondre le métal et le faire circuler dans un four d'attente, puis dans la couleuse où sont produits des billettes, des blocs, des feuillards ou gâteaux, et des barres. La coulée peut être exécutée en continu ou par lots. La coulée stationnaire utilise une roue et une série de moules qui peuvent être situées sur le pourtour d'une table rotative qui traverse une série de jets d'eau de refroidissement. Dans la coulée en continu, on produit une barre ou tige continue de métal, qui sera transformée en fil et mise en forme à l'aide de cisailles, ou coulée dans des blocs de faces latérales à espacement déterminé. Les billettes peuvent être chauffées, puis extrudées en tubes. Les feuillards ou gâteaux sont préchauffés et roulés en feuilles et en bandes. Les lingots sont produits à l'aide d'un procédé à moules fixes.

2.11 Conditionnement des dégagements gazeux

Les gaz dégagés par les fonderies contiennent généralement du dioxyde de soufre, des particules, des vapeurs (p. ex. des métaux volatils) et d'autres polluants préoccupants comme du dioxyde de carbone, des oxydes d'azote et des substances organiques. On les traite pour en extraire le dioxyde de soufre, les particules ou d'autres polluants avant de les rejeter dans l'atmosphère.

Pour enlever les particules et les poussières, on utilise des cyclones qui piègent les particules de taille moyenne à grosse. Les cyclones n'offrent pas à eux seuls des moyens suffisants d'enlever toutes les particules. On devrait donc recourir à des dispositifs plus efficaces comme les précipitateurs électrostatiques (PE), soit à chaud soit par voie humide, et à des filtres à manches. Les PE à chaud peuvent supporter des températures de gaz résiduels plus élevées que les filtres à manches. Par contre, ces derniers ont une meilleure efficacité de collecte des poussières que les PE à chaud30. On utilise aussi des laveurs pour extraire à la fois les poussières et les gaz acides ou solubles du flux de gaz résiduels.

Les dégagements gazeux présentant une teneur en dioxyde de soufre d'au moins 5 à 7 % pourraient être utilisés pour la fabrication d'acide sulfurique, ce qui extrait le dioxyde de soufre du flux de gaz résiduels. Les usines d'acide à double contact autorisent un meilleur taux de conversion en acide sulfurique du dioxyde de soufre présent dans les gaz dégagés que les usines d'acide à simple contact.


 
Table des Matières
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