MÉTALLURGIE THERMIQUE

Les minéralogistes ont distingué et étudié un grand nombre d'espèces minérales contenant du zinc. Les métallurgistes classent en deux catégories seulement les minerais exploitables :

10 Les blendes qui comprennent tous les minerais sulfurés;

29 Les calamines ceux qui sont oxydés, smithsonite CO;Zn ou calamine proprement dite Si0,Zn:, H:0.

Ces dernières sont tout d’abord calcinées à 300° afin d'éliminer l’eau et l’anhydride carbonique qu’elles contiennent avant de les réduire. Les blendes pulvérisées sont grillées et transformées en oxyde selon la réaction :

(1) SZn + 1,50: + 6N» -> ZnO + SO» + 6N2.

Il faut opérer à goo° au minimum pour être certain de décomposer le sulfate de zinc qui, au-dessous se forme avec facilité. Bien que la réaction soit fortement exothermique, la chaleur dégagée ne suffit pas pour maintenir la température au degré voulu. On comptait autrefois une dépense de 120 kg. de houille par tonne de blende grillée. Cependant on a pu mettre au point en particulier aux Etats-Unis (New-Jersey C°) un système de récupération permettant de chauffer les fours avec une faible consommation de combustible. De longues études du grillage de la blende ont permis de le pratiquer dans des fours continus. L'anhydride sulfureux est condensé sous forme d’acide sulfurique dont la vente en Belgique, avant la guerre, ne couvrait pas toujours les frais de grillage.

L'oxyde de zinc, volatil, est entraîné par les gaz de la réaction et même après un dépoussiérage électrique, on compte une perte minima de 5 o/o en zinc qui a pu être réduite à 2 o/o dans les installations modernes.

La réduction de l’oxyde s'effectue à l’aide de carbone selon :

(2) Zn0O + CZ Zn + CO — 53,8 calories

réaction réversible, endothermique dans le sens de la formation de zinc. En élevant la température à un degré suffisant, on doit opérer la réduction. C’est bien ce qui se produit déjà aux environs de 1 0000 mais à cette température, le métal est à l'état de vapeur et on ne peut songer à le rassembler au fond d’un creuset comme cela se pratique pour presque toutes les métallurgies.

Jusqu’à ces dernières années, É mercure et le zine étaient les seuls métaux obtenus par condensation de leur vapeur; il faut y ajouter aujourd'hui le magnésium qui est de plus préparé dans le vide. En ce qui concerne le zinc, Bodenstein (1) a montré que la réduction de l’oxyde par le carbone est une réaction réversible et que pour chaque

température s'établit une tension fixe de la phase gazeuse constituée par des volumes égaux de vapeur de zinc et d'oxyde de carbone. Cette pression atteint une atmosphère à 780°, mais l'équilibre n’est établi qu’au bout de plusieurs jours. Dans la pratique, il faut chauffer beaucoup plus haut, parfois à 1 500°. En même temps de l’oxyde de carbone se décompose suivant l’équation :

(3) 2C0 Z CO: + C + 38,4 calories

de sorte que l’on se trouve en présence de plusieurs équilibres superposés parmi lesquels il n’est pas facile de se reconnaître.

Le procédé thermique appliqué sous cette forme présente de nombreux inconvénients. Tout d’abord il est grand consommateur de charbon, ensuite la condensation du zinc se fait mal, en partie sous forme de poussières métalliques et d'oxyde qui se forme dès que les gaz renferment 5 à 6 o/o d’anhydride carbonique. On peut en récupérer une partie mais il faut compter 10 o/o de perte au minimum.

Enfin on n'est jamais parvenu à opérer la réduction de l’oxyde dans des appareils de grandes dimensions. On en est resté aux cornues belges contenant 30 à 4o kg. de charge ou aux moufles de Silésie dont la capacité ne dépasse guère 100 kg. On réunit un grand nombre de ces appareils dans un même four chauffé au gaz avec récupération. Les fours Siemens à inversion de l’usine de Duisbourg-Manheim contiennent chacun 216 creusets chargés à 60, 65 kg. de blende grillée pour 25 kg. de charbon et la production quotidienne de zinc 99,9 après raffinage atteint 20 tonnes. De cette division de la matière en de nombreux récipients résulte une grande dépense de main-d'œuvre, d’abord pour la construction des cornues, ensuite pour leur chargement, leur surveillance et leur déchargement.

Plusieurs ingénieurs ont tenté de prendre le procédé continu. Il convient de citer dans cet ordre d’idées les intéressants travaux de M. Dony-Hénault et de ses collaborateurs. Le savant belge travaille en circuit fermé réduisant l’oxyde de zinc par l’oxyde de carbone. La vapeur de zinc entraînée se condense sous la forme liquide et le mélange gazeux oxyde de carbone-anhydride carbonique passant sur du charbon incandescent est ramené à l’état d'oxyde de carbone et utilisé pour la réduction d’une nouvelle quantité d'oxyde de zinc.

L'inconvénient principal du dispositif est la nécessité de maintenir le rapport oxyde de carbone sur anhydride carbonique à une valeur très élevée, faute de quoi le métal s'oxyde partiellement et secondense sous forme de poussière.

Le zinc brut contient comme impuretés le plus souvent du plomb, du fer et de l’oxyde de zinc parfois même de l’arsenic et du cadmium. On le purifie par fusion au four à réverbère à sole inclinée ou par

distillation,

ñ MARIE-LOUISE JUNGFLEISCI

MÉTHODES ÉLECTROLYTIQUES

Elles sont plus récentes que les précédentes et se sont beaucoup développées aux Etats-Unis où elles ont été très soigneusement étudiées. Nous n’en donnerons donc que le principe.

Le minerai grillé, contenant surtout de l’oxyde de zinc, est traité dans le procédé Winnington par une solution de chlorure de calcium et un courant d’anhydride carbonique afin de dissoudre le zinc sous forme de chlorure :

(4) ZnO + ClCa + CO; — CO:;Ca + ZnCl.

On filtre et soumet la solution de chlorure de zinc à l'électrolyse. On obtient un zinc pur à 99,9 o/o mais spongieux et qu’il faut refondre.

Le procédé Hüpner utilise des pyrites zincifères contenant 10 à 20 o/o de zinc. On grille à 5oo° environ un mélange pyrites-chlorure de sodium et le sulfure de zinc est transformé en sulfate qui réagit sur le chlorure selon la réaction :

(5) SO;Zn + 2NaCl —> SO,Nas + ZnClh.

On élimine le sulfate de sodium par cristallisation en refroidissant la solution vers 5° ou 6°. Il en reste une partie en solution ainsi que des sels de fer et de manganèse que l’on précipite par chauffage avec une solution d’hypochlorite de chaux.

La solution est soumise à l’électrolyse. Les cellules utilisées sont séparées par des diaphragmes formés par de la mousseline recouverte de silice. On électrolyse sous 3 volts 1/2 et 100 ampères par mètre carré.

Le procédé Harz utilise également des minerais pauvres en zinc (16 o/o) que l’on soumet à un grillage ménagé pour obtenir le sulfate. On le purifie en éliminant le fer et cristallise par refroidissement puis électrolyse la solution de sulfate.

Ces opérations sont assez délicates. Il faut employer des solutions pures et par conséquent des minerais de composition bien déterminée. Elles sont plus coûteuses que celles de la métallurgie thermique. La consommation de courant est élevée, on compte 4 000 kilowatts-heure par tonne de zinc. Leur avantage est de conduire directement à un métal très pur.

MÉTHODES ÉLECTROTHERMIQUES

Un certain nombre de procédés utilisent le chauffage électrique. Dans la plupart des cas la température dépasse 1 oooet les difficultés de condensation du métal sonttrès grandes. Le procédé Gustave Laval a cependant été appliqué en Suède.

Dans les fours Cote et Pierron (Pau), on réduit, vers 1 000", le sulfure de zinc par le fer selon la réaction :

(6) ZnS + Fe + FeS + Zn.

Le mélange blende-tournure de fer est placé entre les pôles d’un arc électrique. Il y a fusion et le plomb reste au fond du creuset, ensuite le sulfure de fer et la scorie surnagent.

Le zinc au contraire distille, on le condense et le fait ruisseler à l’état liquide. Il faut 900 kg. de fer par tonne de zinc. La condensation de la vapeur est difficile à obtenir sans altération et le fait qu’elle soit toujours incomplète semble avoir fait renoncer à ce procédé.

Un certain nombre de méthodes pérmettant comme cette dernière de réduire directement les sulfures ont été proposées soit qu’il s’agisse d’une réduction par le calcium, soit par le carbure decalcium, soit par l'hydrogène ou des gaz réducteurs.