ZINC

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Métallurgie

Les minerais de zinc se trouvent dans la nature sous deux formes principales : d'une part, les variétés sulfurées, blende (ou sphalérite) et wurtzite ; d'autre part, les variétés oxydées, smithsonite, hydrozincite (carbonates), franklinite, zincite (oxydes), hémimorphite (ou calamine), willemite (silicates). La blende (ZnS) représente 95 p. 100 de la production minière.

Smithsonite

Photographie : Smithsonite

Cristaux rhomboédriques de smithsonite (Chessy, Rhône). Ce carbonate de zinc, autrefois appelé «spath de zinc», a ainsi été renommé en l'honneur de James Smithson, à l'origine de la fondation de la célèbre Smithsonian Institution de Washington. 

Crédits : C. Bevilacquia/ De Agostini/ Getty Images

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Calamine

Photographie : Calamine

La calamine, sorosilicate hydraté de zinc, est le nom donné à l'hémimorphite lorsque celle-ci s'exprime en masses concrétionnées ou stalactitiques. 

Crédits : CSP_JENYA/ Fotosearch LBRF/ Age Fotostock

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Les teneurs en zinc du minerai varient de 4 à 20 p. 100. Le minerai sous forme de blende est enrichi par flottation. Les minerais oxydés, qui se prêtent mal à la flottation, sont moins exploités.

Grillage des minerais

Les minerais concentrés sont le plus souvent des blendes contenant de 28 à 32 p. 100 de soufre. Il est nécessaire de transformer le sulfure en oxyde par un grillage :

L'anhydride sulfureux dégagé est utilisé pour la production d'acide sulfurique. Selon la température, des réactions parasites peuvent se produire, la plus importante étant l'oxydation en sulfate :
Elle a lieu principalement entre 500 et 600 0C. En opérant à plus haute température, le sulfate de zinc est dissocié en oxyde. La température à l'intérieur des fours de grillage doit donc être maintenue à 900-950 0C pour obtenir une bonne désulfuration. Celle-ci est cependant limitée par la présence de sulfates (plomb, calcium, magnésium) non décomposés à cette température. À plus haute température (1 200 0C) et dans certaines conditions, il est possible de les décomposer et de réduire la teneur en soufre à 0,1 ou à 0,2 p. 100.

Le grillage s'effectue dans un four spécialement conçu ; on a utilisé successivement les fours Delplace, les fours Spirlet, les fours Wedge, les fours Flash et les fours à lit fluidisé.

Dans les fours à lit fluidisé, le minerai est maintenu en suspension par l'air de grillage soufflé par le bas à un débit convenable. Dans certaines conditions, le lit de minerai en suspension se comporte comme un fluide ; le contact air-particules de minerai est excellent, ce qui favorise la rapidité d'oxydation des sulfures. L'alimentation peut être constituée par du minerai fin ou granulé, la granulation permettant d'éviter un entraînement de poussière important. Cette technique s'est développée rapidement et tend à remplacer les autres procédés. Le minerai grillé obtenu convient très bien au procédé d'extraction par voie hydrométallurgique qui est, de loin, le plus utilisé actuellement. La granulométrie du concentré grillé garde sa finesse initiale, ce qui est favorable à sa dissolution ultérieure. La teneur en soufre résiduel, principalement sous forme de sulfate, est de 1 à 2 p. 100, ce qui n'est pas gênant pour ce genre de traitement.

Lorsque le zinc est obtenu par voie pyrométallurgique (cf. Réduction du minerai grillé), la teneur résiduelle en soufre doit être très faible, ce qui nécessite un chauffage à température plus élevée, de 1 000 0C à 1 200 0C. Le grillage est alors réalisé sur des machines Dwight et Lloyd, qui se présentent sous forme d'une bande sans fin de chariots mobiles munis de grilles, glissant sur des caissons étanches. L'air est soufflé à travers les grilles. La réaction de grillage étant très exothermique, afin de maintenir une température comprise entre 1 000 et 1 200 0C, du minerai déjà grillé est ajouté au minerai à griller. La teneur en soufre du minerai grillé est inférieure à 0,5 p. 100. La température atteinte permet un frittage partiel du concentré grillé ce qui améliore sa résistance à l'écrasement, indispensable à une réduction par voie pyrométallurgique dans un four de type haut fourneau. La haute température à laquelle est porté le concentré permet la volatilisation d'une grande partie du cadmium initialement contenu dans le minerai. Le cadmium est récupéré, sous forme de poussières, au cours de la purification des gaz de grillage et sert de matière première à la métallurgie de ce métal.

Réduction du minerai grillé

La métallurgie du zinc repose sur deux groupes de procédés :

– l'extraction par voie sèche ou voie thermique, appelée plus souvent voie pyrométallurgique, dans laquelle l'oxyde de zinc est réduit en présence de carbone à haute température ;

– l'extraction par voie humide, appelée plus souvent voie hydrométallurgique, dans laquelle l'oxy [...]

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Smithsonite

Smithsonite
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Calamine

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Élaboration de zinc par procédé New Jersey

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Élaboration de zinc par traitement de minerais

Élaboration de zinc par traitement de minerais
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Écrit par :

  • : directeur de recherche au Centre technique du zinc
  • : chef des laboratoires de recherche et de contrôles de la Compagnie royale asturienne des mines
  • : professeur d'université à l'I.U.F.M. de Créteil, chercheur au Centre d'études de chimie métallurgique (C.N.R.S.)
  • : responsable zinc information de l'Union minière France

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Pour citer l’article

Noël DREULLE, Paule DREULLE, Jean-Louis VIGNES, Bernard WOJCIEKOWSKI, « ZINC », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/zinc/