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Le Nickel

TABLE DES MATIERES

 

TABLES DES FIGURES -LEXIQUE.. 4

INTRODUCTION.. 5

I. Le nickel et ses applications. 6

I.1. Présentation du nickel.. 7

A. Les minerais et les gisements de nickel dans le monde.[1] 7

B. Propriétés et caractéristiques du nickel.[2] 8

I.2. Applications et utilisations du nickel.. 10

A. Les normes et degrés de pureté du nickel 10

B. Consommation et utilisations du nickel 10

C. Le nickel haute pureté[4] 11

D. Le nickelage : deuxième besoin mondial de Ni[4] 11

II. Production de 1000 tonnes de nickel haute pureté. 14

II.1. Le procédé ERAMET / SLN.. 15

A. Présentation générale du procédé et de la société Eramet[5] 12

B. Le procédé Eramet, un procédé hydrométallurgique performant.[5] 13

1      Attaque de la matte par lixiviation. 13

2      Extraction liquide liquide. 14

3      Electrolyse : purification. 16

4      Découpage des cathodes et conditionnement 16

C.  Principe de l’extraction liquide liquide en continu à contre courant.[6] 16

1      -  Construction de Ponchon  Savarit - conditions opératoires: 17

2      -  Choix des solvants d’extraction et de lavage : (extractants) 17

II.2.DIMENSIONNEMENT DU PROCEDE. 19

A -  Calcul du débit de solvant 19

B- Choix de l’appareil d’extraction liquide liquide : 20

C- Dimensionnement des mélangeurs décanteurs: 21

 

III. Aspects économiques, contrôle qualité et QSE du projet 24

A) Analyse de la qualité du nickel obtenu : 24

B) Aspect sécurité risques et environnement : 27

1-  Risque d’incendie : 27

2- Toxicité des solvants et des déchets: 28

3 -  Environnement 29

C) Analyse économique et comparaison au marchés actuels: 29

 

 

     CONCLUSION……………………………………………………………………...……32

     BIBLIOGRAPHIE ………………………………………………………………………33

 

 

TABLES DES FIGURES -LEXIQUE

Figure 1 : exploitation à ciel ouvert (minerai oxydé, en Nouvelle Calédonie) 6

Figure 2 : pays producteurs et réserves de nickel 8

Figure 3 : plaque de nickel haute pureté. 9

Figure 4 : Schéma par bloc des étapes d’extraction. 12

Figure 5 : caractéristiques de l’usine ERAMET-SLN.. 13

Figure 6 : Développement du procédé  13

Figure 7 : Schéma par bloc de l’extraction par hydrométallurgie des différentes impuretés. 15

Figure 8 : diagramme de distribution. 17

Figure 9 : conditions opératoires propres au nickel et au cobalt 17

Figure 10 : mécanisme d’extraction cobalt nickel 18

Figure 11 : Bilan et schéma de l’extraction. 19

Figure 12 : Organigramme de sélection d’appareillage………………...……………………………20

Figure 13 : schéma détaillé de l’extraction liquide liquide. 21

Figure 14 : schéma par bloc global de la purification. 23

Figure 15 :Condition pour avoir transition électronique par absorption d’énergie lumineuse        pour la quantification des particules. 25

Figure 16 : Dosage du fer et du Cobalt 26

 

LEXIQUE

 

Matte :

 

Les mattes de nickel sont des composés métalliques contenant en moyenne 75 % de nickel et 20 % de soufre. Elles sont aujourd’hui principalement destinées à l’usine Eramet de

Sandouville.

 

Ferronickels :

 

Les ferronickels sont des composés métalliques contenant en moyenne 25 % de nickel et 70 % de fer. Ils sont vendus sous forme de grenailles ou de lingots

 

Pyrométallurgie :

 

La pyrométallurgie est la technique traditionnelle d’extraction des métaux. Elle vise l’obtention de métaux pur à partir de leurs minerais ou de concentrés de minerais au moyen de techniques utilisant le feu.

 

 

Zone de Texte:  INTRODUCTION

 

 

Le nickel est connu de l’Homme depuis des millénaires. Les hommes préhistoriques se servaient déjà du nickel contenu dans les météorites pour réaliser des objets usuels. Il a été ensuite utilisé pour la fabrication de pièces de monnaies au début de notre ère (sous forme de cupronickel). Longtemps confondu avec l’oxyde de cuivre, il n’a été réellement identifié et isolé qu’en 1751 par le chimiste suédois Alex Cronstedt.

Les débuts de la métallurgie moderne du nickel remontent en 1865, date où les français Garnier et Heurtaux découvrirent les ressources minières de la nouvelle Calédonie.

Les premiers procédés thermiques de raffinage du nickel ont été mis au point dans les années 1900, notamment le procédé Mond et le procédé INCO. Vers 1950, de nouveaux procédés furent utilisés : les procédés  hydrométallurgiques (lixiviations acides ou basiques) pour aboutir de nos jours à une part de marché égale pour ces 2 types de traitements.

 Dans un premier temps, nous nous attacherons à présenter un bref aperçu des minerais et procédés existants. Ensuite nous étudierons une des applications industrielles les plus importantes du nickel : le nickelage, qui permet un dépôt de nickel sur des pièces métalliques.

 Nous présenterons, détaillerons et dimensionnerons pour nos besoins (production de 1000 tonnes de nickel haute pureté) un nouveau procédé hydrométallurgique, utilisé dans la seule usine de traitement du nickel en France, et qui permet l’obtention d’une solution de nickel pure directement utilisable pour le nickelage.

Nous détaillerons donc en détail une étape d’extraction liquide - liquide nécessaire pour une  purification poussée du nickel, ainsi qu’une étape de lavage et retraitement des solvants organiques utilisés. A l’heure actuelle, il est très important de prendre en compte les contraintes liées aux risques d’exploitation et aux contraintes économiques de l’industrie.

Nous verrons ainsi au moyen d’une étude QSE (qualité-sécurité-environnement) quels sont les dangers liés à la préparation du nickel, ainsi que les retraitements et les revalorisations à effectuer aux cours du procédé. Nous présenterons ensuite les méthodes qui permettent de s’assurer de la pureté et de la qualité de notre nickel.

Une étude économique nous montrera les coûts pour l’élaboration d’une tonne de nickel pur, et nous permettra de comparer ce prix à celui du marché actuel.

 

 

 

I. Le nickel et ses applications

I.1. Présentation du nickel

A. Les minerais et les gisements de nickel dans le monde.[1]

 

Bien que le nickel soit un des éléments les plus abondants dans l’univers, il n’est que peu présent sur terre. Il figure en 28ème  position des éléments les plus répandus, et sa teneur ne représente que 0,008 % en poids de la croûte terrestre (le noyau est la partie de la planète où l’on rencontre les plus fortes concentrations en nickel). Le nickel élémentaire n’existe pas à l’état naturel, mis à part celui provenant des météorites.

Les minéraux et minerais qui contiennent du nickel en faible quantité (< 0,5%) sont très répandus. Par contre les gisements exploitables sont plus rares : la production de nickel vient essentiellement de deux types de minerais : les minerais sulfurés et oxydés.

On estime qu’approximativement 200 millions de tonnes de nickel sont disponibles dans le monde, se répartissant entre 30% en minerais sulfurés et 70% en minerais oxydés.

Cependant bien que les réserves de minerais sulfurés soient inférieures, leur exploitation est très développée puisque 55% des gisements en exploitation sont des minerais sulfurés. La pentlandite (34% de nickel : (Ni, Fe)9S8), qui renferme le nickel est généralement associée à d’autres minerais comme : la pyrrhotite (Fe7S8), la pyrite (FeS2) et la chalcopyrite (CuFeS2).

Ces minerais sulfurés sont essentiellement présents en Australie (district de Kampala), en Russie (Norilsk-Talnakh), en Chine, en Afrique du Sud (Bushveld), en Finlande, aux Etats-Unis (Stillwater, Montana) et au Canada, dans la mine de l'Ontario "Sudbury". Cette dernière représente la principale source d'extraction et l'une des plus grandes réserves mondiales de minerai tout-venant, la concentration en nickel y est d’environ 1,5%. L'extraction de ces minerais permet la récupération simultanée de "co-produits" qu'il est économiquement intéressant d'exploiter comme autres le cuivre, l'or, l'argent, des platinoïdes tels que le palladium et platine et le cobalt. Les minerais oxydés quant à eux, sont souvent exploités en surface, dans des mines à ciel ouvert.

etoile du nord

Figure 1 : exploitation à ciel ouvert (minerai oxydé, en Nouvelle Calédonie)

Contrairement aux minerais sulfurés riches en sous-produits, les minerais oxydés ne contiennent généralement que du cobalt en association avec le nickel. La principale source d'extraction de ce type de minerai se situe en Nouvelle-Calédonie où elle apparaît sous la forme de Garniérite : 3NiO, 3MgO, 2SiO2, 2H2O (concentration en nickel entre 3 et 5% et contient outre MgO et SiO2 10 à 30% de fer et cobalt). Une autre forme de minerai oxydé existe : les latérites nickélifères (contenant entre 1 et 2% de nickel) dont les principales sources se situent à Cuba, en Australie et en Grèce. Ainsi, le gabbro (0,016% de Ni ; 16,6 % FexOy + MgO ; 66,6% SiO2 + Al2O3) et la périodite (0,02% de Ni ; 43,3 % FexOy + MgO ; 45,6% SiO2 + Al2O3) sont parmis les minéraux sulfurés les plus répandus.

Toute la problématique dans l’extraction du nickel d’un minerai est de trouver le procédé qui sera le plus adapté à la nature du minerai. A l’heure actuelle il existe dèjà plusieurs procédés différents exploités par de grands groupes industriels. Nous allons développer uniquement l’un deux, en l’occurrence le procédé utilisé par la société ERAMET SLN, qui traite en France, au Havre, du minerai provenant de nouvelle Calédonie.

B. Les différents procédés d’extraction et de production du Ni

Il existe une grande différence entre les gisements de minerais sulfurés et oxydés : les minerais sulfurés sont exploités dans des mines souterraines s’enfonçant jusqu’à 2000 mètres de profondeurs alors que les minerais oxydés sont formés en surface et sont donc exploités à ciel ouvert.

Comme nous l’avons mis en évidence, les gisements et minerais du nickel sont très différents et inégalement répartis dans le monde.

Pour cette raison il existe une grande diversité de procédés d’obtention de nickel . Ils dépendent principalement :

· du type de minerai,

· des teneurs en nickel (qui déterminent la voie de traitement hydrométallurgique pour minerais pauvres et pyrométallurgique pour minerais riches)

· de la forme sous laquelle se présentent le Ni.

Actuellement une vingtaine de procédés sont connus, dont environ 6 qui sont significatifs en termes de production : procédé INCO, Falconbridge, QNI, procédés cubains, Outokumu et ERAMET/SLN.

I.2. Applications et utilisations du nickel

A. Les normes et degrés de pureté du nickel

 

En plus des différentes normes sur le nickel, des qualités commerciales sont utilisées pour classer le nickel selon 5 catégories en fonction de son degré de pureté :

            .le nickel électrolytique ou nickel haute pureté : >99,95%

            .le nickel A : 99,4 % en moyenne dit nickel malléable

            .le nickel L : 99,4%  métal doux pour emboutissage

            .le nickel moulé : 97% à 1,6% de silicium

            .le nickel D, E, F de 95,2 à 97,5%contenant du manganèse de 2 à 4,5%.

Le système d'assurance qualité pour la production et la commercialisation du nickel HP est certifié par deux organismes : l’un international : ISO 9002 et l’autre Allemand : BVQI. et DIN.

                    à Le nickel que nous souhaitons obtenir est du nickel haute pureté

 

B. Consommation et utilisations du nickel


Principaux pays producteurs de nickel

Principales réserves mondiales de nickel

 

 

 
Depuis le milieu des années 1990, plus d'un million de tonnes de nickel sont produites annuellement  (800 fois plus pour l'acier). Vingt pays, tous continents confondus l'exploitent et vingt-cinq le raffinent et le fondent, ce qui fait de ce marché un secteur relativement intégré. Cette concentration est encore plus notable au niveau des entreprises. En effet, cinq grands groupes mondiaux fournissent plus de la moitié de l'offre mondiale : Norilsk (Russie), INCO (Canada), Falconbridge (Canada), Western Mining (Australie) et Eramet SLN (France); le reste provenant d'une trentaine de petites sociétés disséminées tout autour du globe.

 

 

 

 

 

Figure 2 : pays producteurs et réserves de nickel

 

C. Le nickel haute pureté[4]

 

Nous avons choisi de détailler un procédé hydrométallurgique car dans ce cas, de nombreuses étapes mettent en jeu un principe de la chimie contrairement aux procédés thermiques.

De plus nous avons choisi un procédé de synthèse de nickel de haute pureté de la société Sa dont l’usine est située au Havre Sandouville en France, et qui est le leader mondial de production de ferronickel (Ni à 75%) et très gros producteur de nickel haute pureté

Ce procédé de traitement hydrométallurgique entièrement original, mis au point par le centre de recherche du Groupe Sa, est un outil industriel parfaitement adapté à la production de nickel de haute pureté ne contenant ni cobalt, ni fer, ni cuivre, ni plomb, avec un niveau d'éléments traces extrêmement faible et des teneurs en gaz basses. De ce fait, elle répond totalement aux exigences de pureté de plus en plus élevées des industries à technologie avancée : industries aéronautique, spatiale, électronique, nucléaire, production d'énergie, usines de dessalement de l'eau de mer, construction de méthaniers, industries de traitement de surfaces, etc. Le Cobalt contenu dans la matte est récupéré par ailleurs sous la forme de sel.

Le nickel haute pureté (ou nickel électrolytique) obtenu se présente sous forme de plaques dont les dimensions sont soit de 100 x 100 mm, soit de 50 x 50 mm.

Figure 3 : plaque de nickel haute pureté

 

D. Le nickelage : deuxième besoin mondial de Ni[4]

 

1. Les  principales utilisations du nickel haute pureté :

 

·        les superalliages 

·        les alliages à propriétés physiques particulières

·        les électrodes de soudure 

·        la fabrication de flans monétaires

·        la galvanoplastie ou nickelage

·        la sidérurgie : élaboration d'aciers inoxydables et réfractaires à très basse teneur en cobalt pour applications nucléaires

 

 

 

2. Principe et fonctionnement du nickelage :

Le nickel possède comme qualité d'être inoxydable à l'air dans des conditions normales et d'offrir un bel éclat. Il peut donc être employé afin de galvaniser - nickeler - des pièces en fer (qui s'oxydent à l'air), en cuivre ou en laiton (qui perdent facilement leur éclat).

Il existe plusieurs méthodes qui permettent un dépôt de nickel : le nickelage chimique et le nickelage électrolytique. La différence majeure tient à l’apport des électrons dans le processus rédox. Pour le premier, ils proviennent de l’oxydation d’un réducteur présent en solution, et pour le second ils sont apportés par un courant. Nous présenterons ici une vrève approche du nickelage chimique beaucoup plus accessible que le nickelage électrochimique.

Le nickelage chimique est une technique qui permet le dépôt de nickel par réaction électrochimique à l’interface de la pièce métallique et de la solution contenant le nickel. Le procédé présenté ici est celui par réduction chimique. Les électrons nécessaire pour la réaction de réduction du nickel en solution proviennent de l’oxydation d’un agent réducteur en solution , en l’occurrence l’hypophosphite de sodium :

Réduction : Ni 2+ + 2 e - ® Ni (dépôt)

Oxydation : H2P02- + H2O ® H2P03- + 2H+ + 2 e

Il existe cependant certaines réactions parasites comme la réduction des protons pour former de l’hydrogène qui change le bilan global de la réaction rédox du dépôt. On obtient finalement :

3 H2P02- +3 H2O + Ni 2+ ® 3H2P03- + 2H+ + 2H2 + Ni (dépôt)

Expérimentalement, on s’aperçoit qu’il faut en fait 2,7 moles d’hypophosphite pour une mole de nickel. En effet il existe une réaction parasite de formation de phosphore :

H2P02- + ½ H2® P + OH- + H2O.

Le bain de nickel dans lequel se produit la réaction d’oxydo réduction est en équilibre métastable : la réaction ne se produit pas spontanément mais seulement en présence de catalyseur.

Or le nickel, appartenant aux éléments du huitième  groupe possède une orbitale vacante au niveau d. A ce titre, il fait parti de la classe des catalyseurs. Ainsi, le nickel est un autocatalyseur et l’épaisseur des dépôts ne fait que croître avec le temps. Le nickel impliqué dans ce type de réaction est sous forme ionique dans une solution aqueuse. Il peut avoir différents ligands : NiCl2, 6 H2O ou NiS04, 6 H2O. La formulation d’un bain de nickelage dépend des caractéristiques recherchées comme l’épaisseur du dépôt et la pureté de la couche.

Des agents complexants tels que l’acide glycolique sont ajoutés pour éviter la précipitation de orthophosphite de nickel, peu soluble. En effet, selon le domaine de pH dans lequel se trouve le bain, il est possible qu’il y ait précipitation. Le pH est un paramètre très important puisqu’il conditionne l’activité du bain ( vitesse de dépôt). Pour le réguler, on additionne dans le bain de la soude ou de l’ammoniaque.

Le dépôt de nickel chimique peut s’effectuer sur de nombreux supports (les fontes, les aciers inoxydables, les alliages d’aluminium ou de cuivre, l’or , l’argent, le titane, l’uranium, le palladium, les céramiques, le verre…). 

 

Selon la nature du substrat, le traitement sera adapté pour débuter la réaction :

·        Substrat catalytique :  la réaction démarre dès l’immersion de la pièce et continue normalement. L’épaisseur du dépôt est fonction du temps d’immersion.

·        Substrat non catalytique :

-         dans un état d’immunité (aucune tendance à s’ioniser) : on amorçe la réaction par une légère polarisation cathodique dans le bain lui même ou par  contact avec un métaux moins noble ; le dépôt continue ensuite de lui même.

-         Avec un potentiel rédox inférieur au potentiel du métal déposé : il se produit naturellement une réaction de déplacement de métal catalytique et la réaction se poursuit ensuite d’elle même.

·        Substrat non conducteur : sensibilisation et activation de la surface du substrat par le palladium, métal particulièrement actif sur le plan catalytique.

 

Certains métaux, comme le plomb, le zinc, le bismuth, le cadmium, l’antimoine et l’étain, ne peuvent pas être traité directement car leur présence à l’état de trace arrête la réaction. (A ce titre les soudures présentes sur les installations de bains de nickelage demandent des soins spéciaux) Néanmoins, en les recouvrant électrolytiquement d’un autre métal (par exemple le cuivre) il devient possible de les revêtir de nickel chimique.[4]

 

 

II. Production de 1000 tonnes de nickel haute pureté

II.1. Le procédé ERAMET / SLN

A. Présentation générale du procédé et de la société Eramet[5]

 

 

 

 

 


                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80 % de Ferronickel brut

 

Ferronickel affiné

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Figure 4 : Schéma par bloc des étapes d’extraction

du nickel de la garniérite pour la fabrication

de nickel haute pureté pour nickelage

Solution commerciale de NiCl2 pour nickelage

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 


Superficie de

l'usine

16 ha  (200 personnes)

Surface couverte

18 500 m²

Capacité de

production

13 000 t/an de nickel

 électrolytique de haute pureté

 

3 000 t/an de nickel sous forme

 de chlorure de nickel cristallisé

 et en solution

Autres produits

300 t/an de cobalt sous forme de chlorure de cobalt
3
100 t/an de fer sous forme de chlorure ferrique

La société Eramet  exploite plusieurs gisements situés en Nouvelle Calédonie et traite le nickel dans deux usines : une à Doniambo et l’autre en France, au Havre Sandouville. Cette usine fabrique la totalité du nickel haute pureté Sa, soit 13000 tonnes de nickel haute pureté par an.  Eramet-SLN est le 1er producteur mondial de chlorure de Ni.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5 : caractéristiques de l’usine ERAMET-SLN

 

B. Le procédé Eramet, un procédé hydrométallurgique performant.[5]

 

Figure 6 : Développement du procédé 

L’hydrométallurgie* est une des deux des méthodes de métallurgie extractive. Cette méthode est peu coûteuse en énergie, permet de traiter des minerais pauvres et peut s’effectuer dans de petites unités.  Elle est en fort développement actuellement et à pris le pas devant la seconde méthode de métallurgie extractive : la pyrométallurgie*, qui ne présente pas ces avantages.

Le schéma général d’un traitement hydrométallurgique comprend 4 étapes :

  1. Lixiviation = mise en solution du minerai (attaque acide, basique, oxydante…)
  2. Purification : extraction de la solution des impuretés et autres métaux
  3. Elaboration du métal désiré (pour nous le nickel)
  4. Raffinage du métal (à Sandouville, par électrolyse)

Il faut rappeler que le processus d’élaboration du nickel de haute pureté n’est qu’un étape d’une longue chaîne de travail qui commence par l’extraction  des minerais puis par la formation des ferronickels et de la matte à 75% de Ni dans l’usine de Doniambo en Nouvelle Calédonie. Cette matte est transportée en France puis traitée à Sandouville.( cf figure7)

 

1        Attaque de la matte par lixiviation

La lixiviation est réalisée en milieu acide chlorhydrique

·        La matte contenant du nickel, cobalt, fer et soufre est d'abord broyée finement,

 puis attaquée par une solution de chlorure ferrique en présence de chlore dans un ensemble de réacteurs. Le nickel, le cobalt et le fer sont transformés en chlorures et passent en solution  tandis que le soufre qui  à l'état élémentaire est éliminé lors de cette opération et récupéré.

·        La solution de chlorures de nickel, cobalt et fer est séparée du soufre et des

résidus insolubles grâce à un filtre et subit alors des étapes successives d'extraction et de purification.

Après décantation la solution contient 200 g/l de Ni 5 g/L de Co 10 g/L de Fe. La purification du nickel est réalisée par extraction liquide liquide. Il s’agit de l’étape principale de la purification,  elle se passe dans les conditions suivantes.

 

2        Extraction liquide liquide

 

·        Extraction du fer

L'extraction du fer et des métaux parasites  est obtenue grâce à l'utilisation d'un solvant organique sélectif, le tributylphosphate,  mis en contact avec la solution dans la batterie d'appareils mélangeurs décanteurs fonctionnant à contre-courant. La solution de FeCl3 est recyclée, l'excès est commercialisé et utilisé dans le traitement de l'eau potable.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 Figure 7 : Schéma par bloc de l’extraction par hydrométallurgie des différentes impuretés

Pour extraire le cobalt de la solution de chlorures de nickel et de cobalt maintenant débarrassée du fer, on applique le même principe que précédemment dans une autre série de mélangeurs décanteurs à l'aide d'un solvant différent, la triisooctylamine.. On obtient ainsi une solution de chlorure de cobalt pure et une solution de nickel ne contenant plus de cobalt.

 Nous allons détailler le principe de cette opération, dimensionner les mélangeurs pour les quantités que l’ont souhaite produire (1000 tonnes par mois)

 

3        Electrolyse : purification

 

La solution purifiée de chlorure de nickel est envoyée dans une série de cuves d'électrolyse. Celles-ci comportent des anodes insolubles régénérant le chlore; le nickel métal se dépose à la cathode, sur des feuilles mères en nickel.

On obtient ainsi une cathode épaisse de nickel pur à très basse teneur en cobalt et avec des niveaux d'impuretés extrêmement faibles.

Pour les besoins spécifiques de certaines industries (nucléaire, aérospatiale, etc.), les cathodes subissent un recuit éliminant totalement l'hydrogène.

 

4        Découpage des cathodes et conditionnement

 

Avant leur expédition, les cathodes de nickel sont découpées par cisaillage pour obtenir des carrés de 100 x 100 x 14 mm, adaptés aux besoins des industries métallurgiques, ou des carrés de 50 x 50 x 14 mm.

Enfin, les carrés sont enfûtés sur chaînes automatisées dans des fûts en acier de 200 ou 250 kg et palettisés par 1200 kg ou 1500 kg.

L'identification des lots et la dimension des produits sont clairement marqués sur les fûts, ceux-ci étant ensuite plombés pour l'expédition.

 

C.  Principe de l’extraction liquide liquide en continu à contre courant.[6]

 

1        -  Construction de Ponchon  Savarit - conditions opératoires:

 

L’extraction du cobalt se déroule en 3 étapes : 

 

 

L’extraction liquide liquide est l’étape principale du procédé. Elle nous permet d’obtenir la solution de nickel pur. Les opérations de lavage et de désextraction sont des étapes secondaires mais indispensables au procédé pour ne pas perdre de nickel ni de solvant.

Figure 8 : diagramme de distribution

La courbe d’équilibre en bleue représente l’équilibre entre le cobalt dans la phase aqueuse

Dans le cas ou nous opérons le cobalt est de 5% massique est la courbe d’équilibre est alors considérée comme une fonction affine de pente D=A/S = 2

Figure 9 : conditions opératoires propres au nickel et au cobalt

Le compartiment d’extraction se symbolise schématiquement par un rectangle de 1 à n étages.

 

2        -  Choix des solvants d’extraction et de lavage : (extractants)[5]

 

Les solvants d’extractions doivent :

·        être immiscibles avec le diluant (eau acide)

·        être sélectifs vis-à-vis de l’espèce à extraire (ici le cobalt)

·        avoir une capacité d’extraction convenable (coef de distribution K)

 

Les extractants sont répartis en 4 catégories et circulent en contre courant par rapport à la solution de chlorures:

·        agents solvatants

·        échangeurs d’anions

·        échangeurs de cations

·        agents chélatants

Le tributyl phospate est un agent solvatant cationique qui permettra d’effectuer l’extraction de cation Co2+ tout en ayant une sélectivité suffisante pour ne pas solvater le Ni2+.

Le mécanisme d’action de ce solvant est le suivant :

 

Figure 10 : mécanisme d’extraction cobalt nickel

 

Les débits de solvants seront déterminés par la pureté en cobalt désirée en sortie du compartiment de l’extraction. Le lavage est effectué par de l’eau.


 

II.2.DIMENSIONNEMENT DU PROCEDE.[7]

 

 

Apres plusieurs traitements, et notamment l’élimination du Fer à l’aide d’un solvant organique spécifique, le tributylphosphate, on obtient une solution aqueuse qui ne contient que du cobalt et du nickel. Le Cobalt est à son tour extrait de la solution par un autre solvant, la tri-isooctylamine. Ce solvant a pour avantage d’extraire uniquement le cobalt et pas le nickel, d’autre part il est non miscible avec l’eau.

La solution qu’on doit séparer contient alors 93% de Ni et 7% de Co. Nous choisissons d’effectuer une extraction à contre courant.

La pureté de la solution qu’on désire finalement obtenir est de 99% en Ni.

 

A -  Calcul du débit de solvant

 

Droite d’équilibre :

Nous savons que le coefficient de distribution du Cobalt est D = 2 pour les deux solvants utilisés, Et D = XRéq /  XEéq

On peut ainsi tracer la droite d’équilibre du Co entre ces deux solvants   :  XRéq = 2  XEéq

Bilan sur le Co :

S                                             En                                            Ei                                      E1

                    n                                                 i                                                1

Rn                                           Ri                                            R1                                       A

                                  

Bilan : XE1 E1 + XRn Rn = XS S + XR0 R0   (R0 = A)

 

Figure 11 : Bilan et schéma de l’extraction

 

Or les deux solvants ne sont pas miscibles donc :

R0 = R1 = … = Rn = A                   

E1 = E2 ... = En-1= S                              

 

Sachant que  XS = 0

On obtient :

XE1 S = XR0 A – XRn A

XE1 = ( XR0 XRn ) A/S

Calcul de l’opératoire limite ;

On veut travailler avec un débit d’alimentation A = 30m3/h, dont la composition XR0 = 0,07 et on veut obtenir XRn = 0,01.

Pour calculer Smin il faut trouver (A/S) max . On trace la droite opératoire passant par le point (XRn = 0,01 ; 0) et qui coupe la droite d’équilibre au point d’abscisse XR0 = 0,07.

La pente de cette droite correspond a (A/S) max et on en déduit

 Smin = 13 m3/h , d’où S = 20 m3/h

 

Calcul de l’opératoire et du NET :

On peut alors calculer la pente de l’opératoire de notre extraction         :    A/S = 1,5

On trace l’opératoire et on détermine le nombre d’étages théoriques (NET) dont on a besoin en utilisant la méthode de Mc Cabe & Thiele. On trouve NET = 4

 

B- Choix de l’appareil d’extraction liquide liquide :[7]

 

Le choix de l’extracteur est basé sur plusieurs critères qui nous permettent d’évaluer les paramètres de notre extraction. Nous noterons principalement les volume qu’on désire traiter ainsi que le type d’émulsion a laquelle on a affaire et le nombre d’étages théoriques qu’on a préalablement calculé.

 

oui

 

Faible hauteur

 

oui

 

oui

 

Colonne tout types – extracteur centrifuge

 

Mélangeur décanteur – extracteur centrifuge

 

Extracteur centrifuge

 

Colonne pulsée extracteur Grassmer

 

Mélangeur décanteur extracteur Grassmer

 

Figure 12 : Organigramme de sélection d’appareillage

 

non

 

Etage théorique NET >5

 

non

 

oui

 

oui

 

Faible surface

 

Faible hauteur

 

oui

 

oui

 

non

 

non

 

Etage théorique NET <5

 

Emulsion stable

 

Volume réduit

 

Procédé

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


En général, l’efficacité des mélangeurs-décanteurs n’est pas éloignée d’un étage théorique de séparation, donc pour une application nécessitant un nombre d’étages théoriques déterminé, il suffit de concevoir le même nombre de mélangeurs-décanteurs.

 

Les principaux avantages de l’utilisation de ce type d’extracteur sont :

- La possibilité de contrôler le rapport de phases

- La possibilité de contrôler la dispersion en jouant sur l’intensité d’agitation

- Le temps élevé de contact entre les deux phases

 

On prévoie donc d’utiliser 4 mélangeurs-décanteurs en série fonctionnant à contre courant. On utilise ainsi moins de solvant qu’avec un système de courants croisés, tout en étant assuré d’avoir une bonne extraction.

 

A2             A                                           E1                R1             E3

 

 

 

 

 

 

                                                                                                          R2

                                                                                  E4

R3

 

 

  R4

 

 

 

 

Figure 12 : schéma détaillé de l’extraction liquide liquide

Légende : Phase organique[7]  

Phase aqueuse[8]                                                                                                                  

Au cours de ce procédé nous récupérons le sous-produit de l’extraction. La phase qui nous intéresse est le raffinat R4, c’est une solution qui contient 99% de nickel. L’extrait E1 est la phase qui contient le cobalt extrait, et une légère quantité de nickel (environ 9%).

 

 

C- Dimensionnement des mélangeurs décanteurs[8]

 

Dans ce type d’appareil l’opération de mélange peut être effectuée soit par agitation mécanique dans un réservoir agité, soit par l’utilisation d’un mélangeur statique qui utilise l’énergie de perte de charge des fluides en mouvement. En général on utilise des mélangeurs statiques dans l’industrie du Nickel.

Il existe plusieurs types de décanteurs tels les coalesceurs, les décanteurs centrifuges ou les décanteurs gravitaires qu’on va utiliser.

La construction d'un décanteur met donc en pratique cette faculté de décantation à faible vitesse. En tranquillisant le mélange, on laisse le temps aux particules de se déposer dans le fond du bac. On utilise des décanteurs allongés horizontaux. En considérant que la vitesse de sédimentation est de 10 cm.min-1 on peut  estimer le temps de séjour des particules en fonction de la hauteur du bac. Pour une hauteur de 1,5 m on trouve un temps de séjour 15 min. On est ainsi capable de calculer le volume du décanteur en fonction du débit entrant.

On obtient un volume de 12,5 m3, d’où une surface de 8,4 m2. On multiplie cette section par 1,3 (facteur de sécurité) et on trouve finalement une surface de 11 m2.

 

Le principal inconvénient des mélangeurs-décanteurs classiques est la grande surface qu’ils occupent, et donc ils engendrent un grand encombrement volumique. On a donc été conduits à trouver des systèmes qui soient aussi efficaces mais qui soient moins encombrants. Nous avons donc choisi de travailler avec un produit de la société Krebs, qui propose un mélangeur muni d’une pompe à pales radiales trapézoïdales qui, par effet centrifuge, initie la séparation des phases des la sortie du mélangeur et réduit de 50 à 75% la surface nécessaire du décanteur. Donc finalement on utilise une agitation mécanique, contrairement  à ce qui avait été prévu au départ, et la surface du décanteur est ainsi réduite à 5 m2. Etant donné que nous travaillons avec un nouveau type de mélangeur, les dimensions géométriques du mobile d’agitation et de la chambre de mélange, ainsi que la puissance de l’agitateur, seront déterminées avec l’aide du constructeur, en l’occurrence Krebs, à partir des résultats obtenus sur le prototype, par similitude hydrodynamique, à énergie spécifique d’agitation constante. Ce type d’extrapolation, s’il n’est pas le plus économique, conduit à des appareils industriels d’efficacité supérieure à celles des appareils extrapolés.

 

Ce procédé nous permet théoriquement d’obtenir une bonne extraction du cobalt, qui peut être améliorée par l’ajout d’un étage théorique (un mélangeur-décanteur), mais en refaisant le calcul sur l’extrait nous remarquons que celui-ci contient encore beaucoup de nickel. Donc la séparation est mauvaise et il faudrait alors prévoir d’extraire ce composé. En effet ceci pose plusieurs problèmes, premièrement on perd une partie du nickel, deuxièmement la présence de nickel dans le solvant peut causer des problèmes lors de la régénération de ce dernier ainsi, qu’au niveau de la récupération du cobalt qui est un sous-produit valorisable. On effectue alors une opération de lavage qui permettrait de récupérer le nickel. Donc à la sortie de l’extraction, nous récupérons le solvant chargé en cobalt et une petite quantité de nickel, qu’on mélange à nouveau à de l’eau afin de récupérer le nickel. Ceci veut dire l’ajout d’un mélangeur-décanteur dans la chaîne de production. La phase aqueuse sortant de ce mélangeur-décanteur (c'est-à-dire le raffinat de l’opération de lavage), est mélangée à l’alimentation de l’extraction.

 

La phase organique sortant de l’opération de lavage (l’extrait) est récupérée. Il faut prévoir alors une unité de désextraction qui permettrait de régénérer le solvant utilisé d’une part, et de récupérer le cobalt d’autre part afin de pouvoir le valoriser.

Le schéma du procédé devient donc :

Solvant désextraction (0,0)                                                     Extrait (Co)

 

S                                                                                                       Extrait (Co)

 

 

Raffinat (Ni)                            Alimentation                                           Eau

                                                 (Co + Ni)

 

Figure 134 : schéma par bloc global de la purification

 

            Le produit que nous récupérons en sortie du procédé est le raffinat contenant 99% de nickel. Comme les deux phases sont non miscibles le débit de nickel est alors égal au débit d’alimentation soit 30m3 par heure, donc 30 tonnes par heure de solution de nickel.

 

 

III. Aspects économiques, contrôle qualité et QSE du projet

 

A. Analyse de la qualité du nickel obtenu :

 

Pour déterminer la concentration de la solution de nickelage, on réalise un dosage complexométrique. Il s’agit d’une méthode basée sur la formation d’un complexe entre l’ion  Ni 2+  avec une molécule chélatante : l’EDTA* (acide éthylènediaminetétraacétique  notée H2Y2-)

Cette molécule possède 6 sites potentiels de liaisons : les 4 groupements carboxyliques  et les 2 fonctions amines. On travaille généralement en milieu basique à pH = 10 pour obtenir les 2 bases conjuguées des 4 groupements acides. Dans la prise d’essai de l’échantillon à doser, on introduit alors un large excès de NH4OH, ainsi que  de la murexide (purpurate d’ammonium de couleur violette et notée Mu-) pour servir d’indicateur coloré. La totalité de la murexide se complexe. L’ion purpurate forme avec le nickel un complexe de couleur jaune :

Ni 2+ + Mu- ® NiMu+

Une solution commerciale d’EDTA est utilisée pour servir de solution titrante. Lorsqu’on l’introduit dans le mélange à doser, il y a destruction du complexe  NiMu+ et formation du complexe Ni Y2- .

NiMu++ H2Y2- ® Ni Y2- +2H ++ Mu-

L’ion nickel se complexe également avec l’EDTA pour donner une solution de couleur bleue tel que :  Ni 2+ + H2Y2-® Ni Y2- +2H +

Il y a donc libération de l’ion purprate qui donne une couleur violette à la solution. A l’équivalence, il y a donc passage d’une couleur orangée à une couleur violette.

 

Exemple de dosage employé pour doser une solution commerciale de nickel (référence commerciale : BARRET SNR 24 ) distribué par la société McDermid/Frappaz :

Dans un erlemmeyer de 250 mL, verser exactement 1 mL de solution. Introduire ensuite environ 10 mL de NH4OH avec quelques grains de murexide. Doser la solution avec une solution d’EDTA jusqu’à l’obtention de la coloration violette.

Résultat : T Ni 2+  = Véq * 5,88 (g/L)

 

Ce type de dosage permet de connaître la teneur en nickel de la solution de chlorure de nickel destinée au nickelage. Néanmoins pour vérifier qu’il s’agit bien d’une solution pure et qu’elle ne contient plus d’impuretés il s’avère que cette méthode est inadéquate. Pour connaître la concentration de métaux en solution à l’état de trace, on utilise la spectrométrie d’absorption atomique.

 

L'absorption atomique [9] est une méthode générale d'analyse élémentaire. Lorsqu’on chauffe suffisamment un échantillon contenant le métal étudié sous forme dissoute, celui-ci se vaporise et une partie des éléments constitutifs de cet échantillon se retrouve sous forme d'un gaz d'atome. Les atomes libres vont alors être excités (passage d’un état fondamental EF à un état excité EI) par apport d’une énergie lumineuse (hn) provenant d’une source de radiation. On utilise pour cela une lampe à cathode creuse formée d'une coupelle (la cathode) du métal recherché surmontée d'une pointe portée à un potentiel très positif, le tout dans de l'argon à très basse pression.

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 


Figure 14:Condition pour avoir transition électronique par absorption d’énergie lumineuse pour la quantification des particules

 

On mesure la concentration d'un atome d'un élément particulier de ce gaz par l'absorption qu'il induit sur un rayonnement d'une longueur d'onde caractéristique.

La relation de Beer-Lambert  A=elC permet de mettre en relation l’absorbance A (caractéristique du composé étudié) avec la concentration C de l’analyte.

 

Il existe parfois des interférences avec des composés qui absorbent à la même longueur d’onde que l’analyte à doser. On a alors recourt à une lampe au deutérium qui permet de les corriger.

 Remarque : La technique d’absorption atomique permet de déterminer la qualité d’une eau potable. En effet, elle donne la possibilité de quantifier les différents métaux (Ni, Fe, Zn, Cu...) . A ce titre, la présence de nickel n’est pas une source d’interférence même en très large quantité, car seule intervient les zones d’absorptions d’énergie.

Dans notre cas, pour vérifier que le cobalt et le fer sont présents à l’état de traces dans la solution de chlorure de nickel, on réalisera deux études :

-         une droite d’étalonnage avec une solution commerciale de cobalt et une lampe de cobalt

-         une droite d’étalonnage avec une solution commerciale de fer et une lampe d’émission de fer fournit par le constructeur de l’appareil.

 

On estime qu’une solution de nickel est pure à environ 99,97 % et contient environ 200g/L de nickel. On en déduit que la teneur des impuretés est de l’ordre de : 0,06 g/L . On considère que le fer et le cobalt sont présents en même quantité (ce qui n’est pas le cas) , ce qui donne une teneur d’environ 30 ppm pour chaque composé. Pour obtenir les droites d’étalonnage, on utilisera 5 solutions de concentrations connues qui encadreront cette valeur. (On prendra par exemple 10, 15, 25, 35 et 50 ppm). Ces solutions sont préparées par dilution d’une solution commerciale étalon de chaque composé.

 

Remarque : sur certains spectromètres, la limite de quantification [10] est de l’ordre de 3 ppm. Pour pouvoir estimer précisément la teneur, on effectue alors une dilution de la solution. On aura alors à multiplier la valeur déterminée par spectrométrie par le facteur de dilution.

 

L’étalonnage permet d’obtenir une droite qui traduit la concentration de l’analyte en fonction de l’absorbance. On peut ainsi doser la quantité de cobalt ou de fer contenue dans notre solution grâce au programme du spectromètre (il utilise les relations de Beer-lambert et Maxwell-Boltzmann qui traduisent l’intensité de l’absorbance en concentration de l’analyte).

 

Signal

 

 
 


    

a1

 
               

ao

 
Avec [11] :  a1 = pente ou sensibilité

ao = intersection à l’origine ou blanc analytique

LD = limite de détection

C

 

 
LQ = limite de quantification

sbl = écart type du blanc

Figure 156 : Dosage du fer et du Cobalt

 

 

 

 

B. Aspect sécurité risques et environnement : [12]

 

1-  Risque d’incendie :

On peut considérer que les risques d’incendie liés à la production de nickel sont pratiquement inexistants. En effet, les principaux produits utilisés sont très peu inflammables.

Le nickel, le nitrate de nickel ainsi que tous les composés minéraux courant du nickel sont extrêmement peu inflammables. Il faut néanmoins noter l’existence de forme pyrophorique du nickel en poudre qui, au contact d’un matériau combustible, il peut provoquer un feu ou en accroître l’intensité.

Le point d’éclair du phosphate de tributyle est de 166°C. En cas d’incendie, on préconise l’extinction par le dioxyde de carbone ou une mousse. De plus les fumées émises par une telle combustion sont nocives et toxiques.

            Le trichlorure de fer est tout à fait ininflammable mais peut être une source secondaire d’incendie. En fait il provoque lors de l’attaque des métaux un dégagement d’hydrogène, gaz très inflammable et explosible.  

           

2- Toxicité des solvants et des déchets:

            a - Nickel

                        a1 - L’homme au travail :

-Toxicité par ingestion orale :

L’ingestion de nickel ou de ses composés en quantité importante ne peut-être qu’exceptionnelle et n’a fait l’objet que de quelques cas recensés dans l’industrie. Elle n’a jamais eu de conséquences graves. Les quantités nécessaires pour atteindre la dose létale sont si importantes que le nickel et ses composés ne sont pas considérés comme très toxiques.

Les composés solubles dans l’eau (les sels de nickel : sulfates, chlorures, nitrates, sulfamates) sont les formes les plus actives, les composés insolubles (carbonates, hydroxydes, oxydes, sulfures) peuvent être considérés comme sans danger, de ce point de vue.

-Toxicité par contact cutané – Allergie de contact et respiratoire :

L’élément nickel est un sensibilisant reconnu au regard de l’allergie de contact. Le risque d’allergie de contact (eczéma des mains…) peut être observé dans des ateliers où sont manipulés sans précaution des sels solubles de nickel.

-Toxicité par inhalation :

>Toxicité aiguë : Il n’existe qu’un composé du nickel, le nickel carbonyle, connu pour sa toxicité aiguë. C’est un gaz pour lequel la dose létale est relativement faible, mais dont la stabilité dans les conditions ambiantes est également extrêmement faible, ce qui limite considérablement le risque. Le nickel carbonyle est formé à basse température en conditions réductrices ; il est industriellement utilisé dans trois usines dans le monde comme intermédiaire de la purification du nickel (2 usines INCO, 1 en Russie).

>Toxicité à long terme : Voici les principales conclusions d’un rapport publié en 1990 par le « Comité International sur la Cancérogénèse du Nickel chez l’Homme » :

            .les excès de cancers ne sont rencontrés que dans le cadre de certaines séquences de procédés de raffinage du nickel, procédés aujourd’hui obsolètes ,

            .les excès de cancers sont liés à l’exposition aux formes solubles, pas aux formes métalliques,

            .les excès de cancers ne sont observés que pour des concentrations supérieures à 10mg/m3 de nickel sous forme peu soluble et à 1mg/m3 de nickel sous forme soluble.

           

                        a2 - Le consommateur

-Allergie de contact :

Le seul risque que peut présenter le nickel pour les consommateurs est l’apparition d’allergie résultant d’une exposition cutanée directe et prolongée. Ces conditions peuvent se rencontrer dans la vie courant lors de l’usage de bijoux fantaisie (essentiellement des boucles d’oreille), de certains de montres ou de rivets de jeans.

 

 

            b - Solvant : tributylphosphate (TBP)

>Toxicité aiguë : Le phosphate de tributyle est irritant pour la peau et les muqueuses oculaires et respiratoires, mais uniquement dans le cas de TBP concentré.

>Toxicité chronique : Des contacts cutanés répétés ou prolongés avec le produit peuvent entraîner des dermatoses irritatives, des nausées.

 

            c - Solution d’acide concentrée (FeCl3)

Le trichlorure de fer entraîne des troubles digestifs importants (douleurs abdominales, vomissements, diarrhées et gastrites hémorragiques). Une ingestion importante pourrait provoquer une nécrose de l’estomac, une acidose métabolique, une atteinte tubulaire rénale aiguë, des troubles de la coagulation, une cytolyse hépatique et pourrait même amener à un coma convulsif.

Le contact avec la peau peut entraîner des dermites persistantes ou une pigmentation brune qui subsiste quelques jours. L’inhalation des vapeurs émises lorsque la substance est chauffée provoque une irritation susceptible de léser les muqueuses respiratoires.

3 -  Environnement

Pour l’eau, les procédés hydrométallurgiques ont un impact environnemental non négligeable à prendre en compte. Les installations hydrométallurgiques sont d’ailleurs considérées comme des installations classées ; leurs rejets sont donc soumis à autorisation et contrôlés régulièrement.

Ainsi, la production de nickel faisant intervenir des solutions acides de chlorure ferrique, la présence d’une installation de traitement d’eau est obligatoire pour éliminer les métaux en solution avant le rejet dans le milieu naturel.

Une neutralisation des effluents étant nécessaire, les rejets de sels sous forme de chlorures ou de sulfates seront importants. De nombreuses techniques de traitement des eaux ont été mise au point et des rejets « zéro » sont parfois atteints.

Généralement, le volume de déchets généré est important. Du fait qu’ils contiennent des métaux, ces déchets sont considérés comme nocifs pour l’environnement et doivent être envoyés en centre d’enfouissement technique ou stockés sur le site dans des bassins ou des alvéoles étanches.

Une partie des déchets peut néanmoins constituer des « matières premières secondaires » directement revendues pour leurs propriétés spécifiques. C’est le cas du CoCl2, du FeCl3 (voir partie sur les coûts).

 

 

C. Analyse économique:

 

1 - Economie des procédés d’extraction liquide/liquide :

Dans la littérature (Techniques de l’ingénieur)[7], on trouve les données suivantes, relatives au coût des mélangeurs décanteurs :

Coût de l’équipement pour extracteurs agités mécaniquement

Equipement

Matériau de construction

Equation donnant le coût (euros)

Domaine d’application

Mélangeurs-décanteurs

Acier au carbone

C=8500(Q/2.2)0.58

Q=2.2 à 36L.s-1

Mélangeurs-décanteurs

Acier au carbone

C=12500(Q/10)0.22

Q=1 à 10L.s-1

Mélangeurs-décanteurs

Acier au carbone

C=12500(Q/10)0.60

Q=10 à 100L.s-1

On souhaite traiter un débit de 20m3.h-1, soit 5.55 L.s-1. On en déduit le coût d’un réacteur :

C=8500(5.55/2.2) 0.58=14537.97 euros

Pour une batterie de quatre réacteurs en série, il faut donc prévoir un budget de 58152 euros.

Par ailleurs, les Techniques de l’ingénieur[7] donnent les chiffres suivants :

Coût d’obtention des différents métaux

Métal extrait

Coût (euros/tonne)

Cobalt-Nickel

165

Cuivre

75 à 260

Uranium

2280

 

Dans notre cas (1000 tonnes par mois), il faut donc envisager un budget mensuel de 165000 euros par mois. Cependant, cette estimation peut être diminuée car une grande partie des produits secondaires peut être revendue ce qui a comme conséquence de réduire le coût de production.

 

2 - Revalorisation des produits secondaires :

 

a - le chlorure de cobalt :

            Le chlorure de cobalt, CoCl2, peut être employé en tant qu’oxyvore. En raison de leur puissantes propriétés réductrices, les oxyvores sont indispensables pour le dégazage chimique de l'oxygène dissous. Il existe différents types d'oxyvores. En éliminant l'oxygène, il permettent d'empêcher toute réaction d'oxydation dans l'eau ou les autres liquides.
            D’autre part, le chlorure de cobalt est employé dans la synthèse de la vitamine B12 (dessinée ci-dessous) qui
est essentielle à l'assimilation des acides aminés. Elle intervient également dans la synthèse de l'ADN et dans la formation des globules rouges et le fonctionnement du système nerveux.

Le dichlorure de cobalt peut aussi être utilisé pour obtenir un isotope artificiel du cobalt, le cobalt 60, qui est très radioactif, et est utilisé en médecine pour la radiothérapie (cobaltothérapie) et en radiographie industrielle (fabrication des appareils à rayons X). Il a une période radioactive de 5,7 années et émet un rayonnement gamma. Ce rayonnement radioactif est facile à focaliser et permet d'atteindre les tumeurs profondes sans provoquer trop de lésions en surface. Il est d'autre part moins coûteux que le radium.

2.2/ Le chlorure ferrique :

            Le chlorure ferrique, FeCl3, est l’un des principaux agents de coagulation utilisé dans l’industrie du traitement des eaux. La coagulation est un procédé qui consiste à ajouter des produits chimiques à l'eau pour que les particules dissoutes et en suspension s'agglomèrent en de plus grosses particules qui se déposeront au fond de l'eau sous forme de boues. La coagulation est une méthode de traitement de l'eau sûre et efficace, communément utilisée par les municipalités pour le traitement de l'eau potable. Ce procédé est indiqué pour le traitement de l'eau riche en matières organiques.   

Enfin, ce composé est aussi utilisé en tant que catalyseur (pour ses propriétés d’acide de Lewis dans l’industrie chimique.


Conclusion :

 

 

Le procédé mis en oeuvre dans l’extraction du nickel utilise des techniques qui sont connues et exploitées dans de nombreux domaines de l’industrie chimique (pharmacie, agroalimentaire,…). Le raffinage du nickel emploie des moyens de production de métaux en voie liquide par solvatation en milieu acide. Les procédés mis en œuvre vont de la mise en solution de métaux (Ni, Fe, Co,…) contenus dans des minerais à la production de nickel pur par électrolyse, en passant par des phases intermédiaires telles que l’extraction par des solvants organiques. La difficulté ne provient pas de la technologie employée en elle même, mais plutôt de la mise en oeuvre. En effet, la diversité des minerais ne permet pas d’utiliser un procédé unique.

Bien que la majeure partie des produits secondaires puisse facilement être revalorisée, l’hydrométallurgie doit également s’impliquer dans la protection de l’environnement. Sur ce plan, les prochaines innovations devront, par exemple, permettre de conserver ou d’améliorer les rendements d’extraction en utilisant des solvants moins nocifs pour l’environnement. En effet, même si le tributylphosphate et la triisooctylamine sont recyclés dans ce procédé, il est impossible d’éviter le rejet contrôlé de certains polluants (vapeurs de TBP de l’ordre de quelques dizaines de p.p.m. ou poussières de minerais…).  

Sur un plan personnel, ce projet de groupe nous a permis de comprendre les différentes étapes nécessaires à la conception d’une unité de production, de la bibliographie jusqu’au dimensionnement d’une étape du procédé. Une telle démarche peut s’avérer utile pour un ingénieur et nous a paru enrichissante.

 

 


Bibliographie

 

 

[1]      J-L VIGNES, G. ANDRE , F. KAPALA. Données sur les principaux produits chimiques Métaux et Matériaux. 7 ème édition : Centre de ressources pédagogiques en chimie. 1997-1998. 458p

 

[2]     CNUCED INFO COMM. Infocomm : Information de marché dans le secteur des produits de base  [en ligne]. Disponible sur http://r0.unctad.org/infocomm/francais/nickel/descript.htm . (01/05/05)

 

[3]     SOCIETE ERAMET. Métallurgie du nickel (M2250). Techniques de l’ingénieur, traité Matériaux métalliques. 04/1996, 22p

 

[4] Louis LACOURCELLE. Nickelage chimique (M1565).  Techniques de l’ingénieur, traité Matériaux métalliques . 07/1995. 13p

 

[5]  ERAMET. Présentation de la branche nickel [en ligne]. Disponible sur http://www.e http://eramet.fr/fr/nickel/hp_nickel.php. (01/05/05)

 

[6]  ECOLE CENTRALE PARIS. Le site des études [en ligne]. Disponible sur http://www.etudes.ecp.fr/. (01/05/05)

 

 

[7] Jean LEYBROS  Extraction liquide liquide - Description des appareils (J2764) –Modélisation des colonnes ( J2765)- Choix, calcul et conception des appareils (J2766) Techniques de l’ingénieur, 03/2004

 

[8] LAURENT RIZET, PIERRE EMMANUEL CHARPENTIER. Métallurgie extractive. Hydrométallurgie (M2235). Techniques de l’ingénieur, traité Matériaux métalliques. 09/2000 .13 p

 

[9] Jacques VANDEGANS, Anne-Marie de KERSABIEC et Michel HOENIG . Spectrométrie d'absorption atomique. Techniques de l’Ingénieur, P2825, 1997

 

[10] ISO 8466 : qualité de l’eau. Etalonnage et évaluation des méthodes d’analyse et estimation des caractères de performance

 

[11] Norme XP T90-210 : protocole d’évaluation d’une méthode alternative d’analyse physico-chimique quantitative par rapport à une méthode de référence , déc 1999

 

[12] INRS. Sécurité et santé au travail. [en ligne]. Disponible sur http://www.inrs.fr/dossiers/fichtox/somft.htm . Fiches : 68 : Nickel et composés minéraux ; 154 : Trichlorure de fer et solutions aqueuses ; 231 : phosphate de tributyle.