Recherche de protocoles de valorisation des poussières d'aciérie électrique par voie hydrométallurgique

Recovery of zinc and lead from electric arc furnace dust by hydromettalurgical way

• Auteur / Autrice : Nathalie Leclerc
• Direction : Jean-Marie Lecuire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie minérale et analytique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM - Laboratoire d'Electrochimie des Matériaux - UMR 7555

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lixiviation

Poudres métalliques

Aciéries

Résumé

Les poussières d'aciérie électriques sont générées lors du recyclage de l'acier en four à arc électrique. La présence de métaux tels que le zinc, le plomb, le cadmium ou le chrome fait de ces poussières des déchets toxiques devant subir un traitement d'inertage permettant leur acceptation en centre d'enfouissement technique de classe I. La production mondiale annuelle de poussières constitue un gisement de zinc de 910 000 t. L'objectif du procédé étudié est d'extraire des poussières les métaux valorisables, en laissant intacte la matrice ferreuse qui pourra être valorisée vers la sidérurgie. Les formes minéralogiques des éléments majoritaires sont : Fe3O4, ZnO, ZnFe2O4, PbOHCl. Le procédé étudié s'appuie sur un traitement hydrométallurgique, basé sur la lixiviation sélective du zinc et du plomb. Dans un premier temps, on réalise une lixiviation douce utilisant un réactif complexant l'ion nitrilotriacétate N(CH2-COO)3 [exposant]3-, utilisé sous sa forme protonnée HNTA [exposant]2-. Le traitement d'un échantillonnage représentatif de poussières permet l'extraction de la totalité du zinc présent sous forme ZnO à température ambiante. Le taux de fer extrait est inférieur à 3 %. La récupération du zinc et du plomb dans le lixiviat est réalisée par précipitation de sulfures métalliques valorisables en métallurgie, le réactif lixiviant pouvant être recycle en début du procédé. Le test AFNOR X31-210 appliqué aux résidus solides confirme leur acceptation C. E. T. De classe I. Cependant, ils contiennent encore une quantité importante de zinc sous forme ZnFe2O4. Le ferrite de zinc est alors traité par du chlorure ferrique hexahydraté FeCl3, 6H2O. La réaction qui consiste en un échange de particules O [exposant]-2 / Cl [exposant]- permet de récupérer le zinc sous forme de ZnCl2 et le fer sous forme Fe2O3. La séparation des produits est obtenue par simple lixiviation aqueuse. La totalité de ZnFe2O4 est extraite pour un traitement à 150°C. Le résidu solide ultime, concentré en fer, peut être dirige vers la sidérurgie

Production of steel in the electric arc furnace generates a dust by-product containing non-ferrous metals. Due to the presence of significant amounts of leachable compounds of zinc, lead, cadmium, chromium and nickel , EAF dust is classified as hazardous waste. The quantity of EAF dust generated per year around the world represents a possible recovery of 910 000 tons of zinc. The objective of the process studied is to extract zinc and lead from EAF dust without destroy iron oxides matrix which can be recycle to the steel industry. The major mineralogical forms present in these waste are Fe3O4, ZnO, ZnFe2O4, PbOHCl. The process consists in an hydrometallurgical treatment of waste based on selective leaching of zinc and lead. At first, a leaching is carried out with a chelating agent, the nitrilotriacetate anion N(CH2-COO)3 [exposant]3- (NTA exposant]3), used under the protonated form HNTA [exposant]2-. The treatment of different EAF dust samples during an hour at room temperature with a molar solution of reagent allows the total leaching of ZnO. Iron level does not exceed 3 % in mass. The recovery of zinc and lead is performed by precipitation of metallic sulphides with a solution. The normalized leaching procedure AFNOR X31-210 applied to the leaching residues shows that all the samples meet acceptance tresholds in specialised landfill. However, the residues contain an important amount of zinc under ZnFe2O4 form. The extraction of the element requires the destruction of the ferrite structure. For this, ZnFe2O4 is treated by FeCl3, 6 H2O. The reaction consists in a particles exchange O [exposant]-2 / Cl [exposant]- allowing the recovery of zinc under ZnCl2 form and iron as hematite Fe2O3. The separation of this both products is obtained by simple aqueous leaching. The whole zinc is extracted for a treatment at 150°C. Ultimate solid residues, which have been concentrated in iron, can be orientated towards steel industry