L'invention se rapporte à un réacteur hydrométallurgique prévu pour réaliser une extraction d'au moins un premier métal initialement présent à un premier état d'oxydation dans une phase aqueuse, ainsi qu'à un procédé hydrométallurgique.

Dans la métallurgie extractive des métaux non-ferreux, certains métaux sont élaborés comme sous-produits du traitement métallurgique du métal principal dans le minerai. C'est le cas du cobalt qui est généralement extrait comme sous-produit de la métallurgie du cuivre ou du nickel par voie hydrométallurgique. Le manganèse constitue avec le fer une autre impureté abondante à éliminer.

Le procédé classique de traitement des minerais mixtes cuivre-cobalt est un procédé à plusieurs étapes, qui comprend, après lixiviation, une extraction par solvants (SX) et une électrolyse (EW) du cuivre, suivie d'une précipitation de cobalt. Cette production nécessite une très forte consommation d'énergie électrique alors que plusieurs régions minières souffrent de gros problèmes d'approvisionnement des sites en énergie électrique. En outre, le manganèse est difficilement évacué par des procédés classiques de précipitation chimique, notamment par l'extraction liquide-liquide, laquelle est coûteuse et fort polluante. Comme on le constate donc, les procédés classiques nécessitent donc d'investir dans les réactifs de SX ainsi que dans un réseau électrique comprenant un transfo-redresseur pour fournir du courant continu à la salle d'électrolyse (EW).

Les minerais oxydés se prêtent généralement mal à la concentration par flottation puisque les rendements de récupération des métaux ne dépassent pas 70%. La tendance actuelle en hydrométallurgie est de soumettre les oxydes à une lixiviation directe, avec comme inconvénient majeur, la manipulation de volumes importants des minerais. Le document AU 484130 de 1976 divulgue la récupération du cuivre à partir d'une solution contenant du cuivre (Cu) par cémentation.

Le Cu est précipité à partir d'une solution contenant du cuivre placée dans une cuve à pH entre 1 et 9. La solution est mise en contact avec de l'aluminium sous forme massive de bandes, blocs, lingots, granulés ou tiges sous agitation. Le procédé traite des solutions contenant de 2 à 50 g/l de Cu2+ ou Cu+. Le procédé est de préférence réalisé sous atmosphère inerte d'azote ou d'hydrogène. L'aluminium est situé dans un panier au travers duquel circule la solution de cuivre et le panier est mis en mouvement.

Le document US 5,006,320 de 1991 divulgue un procédé d'oxydation biologique de soufre dans des minerais contenant du soufre.

Ce document divulgue une cuve munie de plusieurs entrées et sorties et d'un agitateur mécanique. Le gaz pénètre dans une tubulure périphérique et alimente plusieurs plongeurs latéraux aboutissant dans le fond de la périphérie de la cuve pour y être mélangé avec la solution à traiter.

Le document US 4,275,040 divulgue un procédé d'extraction de titane à partir d'un milieu circulant contenant du titane circulant au travers d'une colonne située dans une cuve de réaction. Un gaz est introduit par le bas de la cuve dans la colonne pour agiter son contenu (air+vapeur). Le milieu circulant est un milieu de lixiviation. Une poudre de fer réductrice est amenée séparément au gaz. Ce procédé est essentiellement discontinu et le titane passe d'un état d'oxydation à un autre par une réduction.

Le document US 3,981 ,966 divulgue un procédé de récupération de métaux à partir d'une alimentation acide dans un procédé hydrométallurgique. Ce document ne divulgue pas de réacteur hydrométallurgique en tant que tel. Le document US 3,685,965 de 1972 divulgue une précipitation de manganèse ou de cobalt à partir d'une solution de leurs hydroxydes, oxydes ou oxydes hydratés. De l'oxygène ou de l'air est introduit avec un agent réducteur comme du S0 ₂ ou du SO3 en solution. Ce document ne divulgue pas de réacteur hydrométaliurgique.

Les procédés hydrométallurgiques sont typiquement effectués dans des immenses salles comprenant des installations encombrantes, ce qui devient de plus en plus coûteux. Il existe donc un besoin, dans l'état de la technique, de fournir un réacteur compact.

Le document WO0056943 montre qu'il est possible de faire une précipitation sélective de fer et de manganèse dans deux réacteurs séparés. Une telle sélection n'est cependant pas intéressante avec des minerais cuivre-cobalt, compte tenu de la forte co-précipitation de cobalt en présence de fer.

Pour pallier ces problèmes électriques et améliorer l'efficacité des procédés existants, il existe donc un besoin de fournir un procédé plus sommaire, plus efficace, plus rentable et moins polluant, ainsi qu'un réacteur adapté et donc très flexible pour mettre en œuvre de tels procédés avantageux.

Par exemple, dans Phydrométallurgie, il existe un besoin de trouver de nouveaux procédés améliorés pour traiter des minerais polymétalliques en récupérant tous les métaux valorisables, même à faible teneur. Ainsi, même les eaux résiduaires peuvent être épurées avec profit avant de les déverser dans l'environnement, par la récupération fatale et lucrative des métaux à faible teneur, comme l'uranium pour tous les minerais cupro-cobaltifères qui présentent des traces d'uranium.

L'invention actuelle procure un réacteur universel, le premier du genre qui puisse opérer en mode continu dans Phydrométallurgie et qui peut mettre en œuvre plusieurs procédés différents en fonction des utilisations à y mettre en œuvre appliquées conventionnellement dans l'hydrométallurgie. Dès lors, pour mettre en œuvre les diverses méthodes d'extraction, il ne faut utiliser et donc construire qu'un seul type de réacteur qui fonctionne ici à l'échelle industrielle en mode continu de préférence.

Pour atteindre ces objectifs, l'invention procure un réacteur hydrométallurgique prévu pour réaliser une extraction d'au moins un premier métal initialement présent à un premier état d'oxydation dans une phase aqueuse, comportant une cuve réactionnelle, prévue pour contenir la phase aqueuse, dans laquelle le premier métal passe du premier état d'oxydation à un deuxième état d'oxydation différent du premier état d'oxydation, le passage du premier état d'oxydation au deuxième état d'oxydation engendrant un changement d'état de la matière du premier métal. Le réacteur hydrométallurgique selon l'invention comprend également

- une alimentation en ladite phase aqueuse reliée à la cuve réactionnelle ;

des moyens d'agitation agencés pour agiter la phase aqueuse dans la cuve réactionnelle ;

une alimentation en au moins un gaz dans la cuve réactionnelle comprenant des moyens de diffusion dudit au moins un gaz agencés pour diffuser ledit au moins un gaz de manière homogène dans ladite phase liquide; et

une sortie en la phase aqueuse contentant le premier métal extrait présentant le deuxième état d'oxydation, la sortie étant reliée à la cuve réactionnelle.

Comme on peut le constater, le réacteur hydrométallurgique selon l'invention permet de fournir un réacteur universel conçu pour mettre en œuvre différents procédés hydrométallurgiques ou parties de procédés métallurgiques à échelle industrielle. A titre d'exemple, on peut mettre en œuvre par exemple la précipitation par oxydation des métaux en phase aqueuse comme la démanganisation des phases aqueuses sulfuriques par oxydation par l'air sulfureux avec une précipitation de Mn0 ₂ , ou encore la cémentation des métaux en phase aqueuse par un métal plus électronégatif, plus spécialement permettant !a cémentation du cobalt ou du nickel en phase aqueuse sulfurique par l'aluminium ou le magnésium métallique en poudre ou même une iixiviation des minerais. Ces moyens de diffusion peuvent être par exemple un ou plusieurs serpentins poreux ou percés, concentriques qui diffusent le gaz ou mélange de gaz de manière parfaitement homogène dans toute la phase aqueuse. Ledit au moins un gaz est de préférence un mélange de gaz oxydant O2 + S0 ₂ ou air + S0 ₂ qui maintient les conditions oxydantes lors du fonctionnement continu du réacteur. En effet, ce réacteur est conçu de manière exceptionnelle afin que les réactions qui y prennent place soient continues. Par exemple, la précipitation en milieu oxydant consomme l'oxygène et si l'apport n'est pas suffisant, la réaction s'arrête.

Selon l'invention, puisque les conditions oxydantes sont maintenues au cours du temps afin de maintenir le rendement de la réaction de précipitation. Lorsque la teneur en oxygène est trop faible, le milieu contenant du SO ₂ ,, il devient réducteur. Il est donc essentiel de maintenir ces conditions oxydantes et assurer que dissous dans la

phase aqueuse≥ 0,02.

Les moyens de diffusion peuvent également prendre la forme de tiges poreuses se dressant circonférentiellement du bas vers le haut du réacteur et éventuellement en son centre ou être des membranes perméables au gaz circonférentielles et/ou centrale, pour autant qu'elles ne perturbent pas le fonctionnement de l'agitation lorsqu'elle est présente. Le réacteur selon l'invention est donc très fiexibie et utilise l'espace de façon plus économique sachant que ce réacteur permet bien entendu une mise en œuvre de procédés (continus) à l'échelle industrielle. Le réacteur hydrométallurgique comporte une agitation mécanique agencée pour agiter la phase aqueuse dans la cuve réactionnelle. Les moyens d'agitation peuvent être de géométrie variable et de différents types pour réguler le temps de séjour. Par exemple, plusieurs turbines peuvent être présentes, placées à plusieurs niveaux. De préférence la cuve est en plus équipée d'une ou plusieurs chicanes qui aident à travailler dans des conditions de courants turbulents, contribuant ainsi à l'agitation optimale.

Avantageusement, on peut obtenir une grande efficacité de fonctionnement suivant des mécanismes réactionnels complexes d'hydrométallurgie grâce à la combinaison d'agitation mécanique et pneumatique permettant de travailler dans une cuve optimalement agitée. Donc, avantageusement, un mélange efficace est obtenu par un agitateur rotatif et une injection de gaz simultanée. Ceci ne permet pas seulement de fournir une extraction des métaux très efficace, de bonne qualité et commercialisable sur le marché mondial, mais aussi de limiter drastiquement les pertes en métal par exemple en cobalt traditionnellement associé à la valorisation de cuivre du minerai cuivre- cobalt. Ainsi, la valorisation efficace des multiples métaux présents dans un minerai, par exemple le minerai cobalt-cuivre peut être réalisé en mode continu.

Le réacteur hydrométallurgique comporte de préférence une sortie d'une phase gazeuse, éventuellement munie de moyens de contrôle, comme par exemple une cheminée. Dans ce cas, la pression gazeuse au dessus de la phase aqueuse dans la cuve réactionnelle peut être contrôlée et donc l'efficacité des procédés hydrométallurgiques est améliorée grâce à une pression gazeuse optimale dans la cuve réactionnelle.

Le réacteur hydrométallurgique selon l'invention comporte avantageusement au moins un moyen de contrôle d'au moins un paramètre choisi dans le groupe constitué du potentiel d'oxydoréduction (Eh), de la température, du pH, de la pression de gaz, du débit gazeux, du débit liquide, et du volume de ladite phase aqueuse, ce qui permet une régulation efficace et un contrôle rigoureux des paramètres susdits.

Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, le réacteur hydrométallurgique comporte un moyen de chauffage. Ce moyen de chauffage peut comprendre une alimentation de vapeur d'eau qui est un produit bon marché, peu polluant et facilement disponible. L'injection directe de vapeur d'eau dans la phase aqueuse permet de chauffer la phase aqueuse de façon plus efficace, surtout si ce moyen de chauffage est un serpentin hélicoïdal régulièrement perforé placé dans le fond du réacteur.

Avantageusement, le réacteur hydrométallurgique selon l'invention comporte en outre un moyen de séparation du premier métal ayant subi le changement d'un premier état d'oxydation et possédant ledit deuxième état d'oxydation (différent du premier état d'oxydation). Ce moyen de séparation peut être un filtre ou un panier pour récolter le premier métal de la phase aqueuse qui peut être à titre d'exemple sous forme d'oxyde ou hydroxyde non soluble ou sous forme de métal élémentaire. Ce moyen de séparation permet de récolter aisément ledit premier métal sous forme solide.

D'autres formes de réalisation du réacteur hydrométaliurgique selon la présente invention sont mentionnées dans les revendications annexées.

La présente invention se rapporte aussi à un procédé hydrométallurgique, par exemple conçu pour la valorisation de minerai métallique (oxydé ou sulfuré), son concentré ou sa cendre de grillage des sulfures. Le procédé hydrométallurgique selon l'invention comprend une alimentation d'une phase aqueuse contenant au moins un premier métal à un premier état d'oxydation;

- une alimentation d'au moins un gaz, par exemple oxydant avec mise en contact de la phase aqueuse avec le gaz; de manière homogène et turbulenteun changement d'état par exemple par précipitation d'au moins un premier métal par un passage du premier état d'oxydation à un deuxième état d'oxydation différent du premier état d'oxydation , pr exemple par oxydation,

- une sortie de la phase aqueuse contenant au moins ledit premier métal extrait présentant le deuxième état d'oxydation ;

ce procédé hydrométallurgique selon l'invention comprenant au moins une étape fonctionnant de manière continue.

Par ailleurs, l'invention actuelle permet une opération peu polluante aussi bien pour l'air que pour l'eau et peut être conduite de façon très sélective. Ceci est obtenu par l'usage d'au moins un gaz, par exemple d'un gaz oxydant, par exemple de l'air, de l'oxygène, de l'azote gazeux, du SO ₂ ou des mélanges adéquats comme air ou oxygène et azote gazeux, et air ou oxygène et S0 ₂ .

Par exemple, si du manganèse est à purifier, Mn0 ₂ étant insoluble dans les phases aqueuses sulfuriques en l'absence de réducteur, il est possible d'éliminer le manganèse par oxydation sélective et précipitation de Mn0 ₂ . Toute la question réside dans la sélection d'un oxydant assez fort et peu coûteux. A ce propos « air sulfureux » (le mélange gazeux air/S0 ₂ ) est industriellement l'oxydant le plus facile à conditionner et le moins onéreux. Le gaz oxydant étant un élément clé pour obtenir un rendement optimal pour la précipitation, ii est essentiel que les moyens de diffusion permettent un maintien des conditions oxydantes et en particulier dissous dans la phase aqueuse≥ 2. Sinon, le SO ₂ aura pour effet que le milieu deviendra réducteur par rapport aux éléments à précipiter par oxydation, ce qui aurait pour effet d'inhiber la précipitation.

Le contact avec ce au moins un gaz effectue un changement d'état du premier métal initialement présent dans un premier état d'oxydation en au moins un premier métal présentant un deuxième état d'oxydation différent du premier état d'oxydation.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l'invention, au moins une étape est opérée en mode continu faisant usage d'un réacteur selon l'invention actuelle. Avantageusement, ceci permet de travailler dans des conditions bien contrôlables, d'obtenir une plus grande productivité et meilleure qualité qu'avec les procédés classiques.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l'invention, au moins une étape est opérée en mode continu faisant usage d'un seul réacteur selon l'invention actuelle qui est équipé pour en effectuer tout ou en partie un ou plusieurs procédés hydrométallurgique comme la précipitation ou la cémentation ou encore une Iixiviation par exemple secondaire. Ces procédés peuvent être également effectués successivement dans un réacteur universel. Avantageusement, ceci économise l'espace nécessaire de fonctionnement et en réduit les frais. Dans une variante, ces procédés peuvent être réalisés dans un ensemble de réacteurs universels selon l'invention, disposés en série.

Avantageusement, le procédé hydrométallurgique selon l'invention comprend en outre une séparation d'au moins un premier métal extrait présentant le deuxième état d'oxydation dudit au moins un premier métal présentant le premier état d'oxydation.

Avantageusement, l'étape de changement d'état de la matière est un changement de l'état solide à l'état liquide, comme dans la Iixiviation.

Avantageusement, l'étape de changement d'état est un changement de l'état liquide à l'état solide, comme dans la précipitation ou la cémentation. Le changement d'état de l'état liquide à l'état solide selon l'invention peut avantageusement être effectué en présence d'au moins un deuxième métal plus électronégatif que le premier métal. Ceci est le cas, par exemple, dans une cémentation. Ledit au moins un deuxième métal plus électronégatif que le premier métal peut être au moins un métal choisi dans le groupe constitué de l'aluminium, du nitrure d'aluminium, du magnésium, du fer, du zinc, etc.

Avantageusement, ledit au moins un premier métal initialement présentant au premier état d'oxydation est au moins un métal choisi dans le groupe constitué du cuivre, du nickel, du cobalt, de l'argent, de l'or, du manganèse, du platine, de l'uranium sous forme d'oxyde, d'hydroxyde, ou tout autre sel so!uble dans ladite phase aqueuse. Les impuretés abondantes comme le fer et le manganèse sont donc éliminées de manière peu coûteuse et plus efficace par rapport aux techniques classiques. En fait, c'est la première fois qu'une application industrielle de valorisation de métaux est effectuée, par exemple la démanganisation et la cémentation du cobalt et du nickel, en processus continu sur des phases aqueuses industrielles.

Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend une pluralité d'étapes de changement d'état successives d'une pluralité de premiers métaux présents à un premier état d'oxydation vers ledit deuxième état d'oxydation.

De préférence, ladite pluralité d'étapes comprend - une cémentation, dans laquelle ledit premier métal est du cuivre à cémenter, qui cémente en présence d'une poudre métallique, par exemple d'aluminium alimentée pneumatiquement conduisant à une phase aqueuse appauvrie en cuivre,

une précipitation, à partir de ladite phase aqueuse appauvrie en cuivre, du fer et/ou du manganèse initialement en solution qui précipite en présence d'un gaz oxydant, conduisant à une phase aqueuse appauvrie en cuivre, en fer et/ou en manganèse,

une précipitation à partir de ladite phase aqueuse appauvrie en cuivre, en fer et/ou en manganèse, de l'aluminium, initialement présent en solution, qui précipite en présence d'une base, conduisant à une phase aqueuse appauvrie en cuivre, en fer et/ou en manganèse, en aluminium ; et

une récupération sélective du cobalt sous forme solide à partir de ladite phase aqueuse appauvrie en cuivre, en fer et/ou en manganèse, en aluminium.

Dans une forme de réalisation, ladite récupération sélective du cobalt est une précipitation, en présence d'un gaz oxydant, du cobalt sous forme de sel solide à partir de ladite phase aqueuse contenant le cobalt initialement sou forme d'un sel soluble.

Dans une variante selon l'invention, ladite récupération sélective de cobalt est une cémentation du cobalt initialement présent dans la phase aqueuse sous la forme d'un sel soluble en cobalt métallique en présence d'un deuxième métal plus électronégatif que le cobalt alimenté pneumatiquement.

D'autres formes de réalisation du procédé hydrométallurgique selon la présente invention sont indiquées dans les revendications annexées.

La présente invention se rapporte aussi à une utilisation d'un réacteur hydrométallurgique selon l'invention pour valoriser un minerai métallique (oxydé ou sulfuré), son concentré ou son cendre de grillage des sulfures.

D'autres formes de réalisation de l'utilisation d'un réacteur hydrométallurgique selon la présente invention sont indiquées dans les revendications annexées.

L'invention se rapporte également à une installation comprenant une pluralité de réacteurs hydrométallurgiques selon l'invention.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins. La figure 1 est un schéma d'un réacteur hydrométallurgique selon l'invention.

La figure 2A est une vue d'en haut représentant une turbine du réacteur hydrométallurgique selon l'invention et la figure 2B est une vue de profil de cette turbine du réacteur hydrométaliurgique selon l'invention.

La figure 3 est un diagramme d'un procédé hydrométallurgique complet selon l'invention.

La figure 4 est un diagramme d'une précipitation mise en œuvre dans le réacteur selon l'invention.

La figure 5 est un diagramme d'une cémentation mise en oeuvre dans le réacteur selon l'invention.

Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.

Par le terme « minerai métallique », on entend, au sens de l'invention des minerais polymétalliques, comprenant entre autres ceux du type Shinkolobwe ou des gisements de Swampo, Kasompi, ou Musonoi, des minerais polymétalliques pauvres en uranium et des minerais cupro-cobaltifère comme entre autres de la ceinture du Katanga caractérisés par la présence des traces d'uranium. Par le terme « minerai métallique », on entend aussi, au sens de l'invention, des minerais oxydés, se trouvant souvent en surface du gisement et des minerais sulfurés, plutôt présents en profondeur. Ce minerai métallique peut être un minerai qui comprend U, Cu, Co, Ni, en présence de traces des métaux nobles comme Au, Ag et de platinoïdes.

Comme on peut le voir à la figure 1, le réacteur 100 comporte une cuve réactionnelle 1 dans laquelle l'extraction d'au moins un premier métal initialement présent à un premier état d'oxydation dans une phase aqueuse peut être mise en oeuvre. La cuve réactionnelle 1 comprend la phase aqueuse et est (e siège du passage du premier métal du premier état d'oxydation au deuxième état d'oxydation. La cuve réactionnelle 1 est connectée à une tubulure latérale 61 et à une tubulure inférieure 62 et comprend des moyens d'agitation 10. En fonction du procédé que l'on souhaite mettre en œuvre dans le réacteur 100, la tubulure latérale 61 sert d'alimentation en une phase aqueuse et la tubulure inférieure 62 sert de sortie à la phase aqueuse ou bien la tubulure inférieure 62 sert d'alimentation en une phase aqueuse et la tubulure latérale 61 sert de sortie à la phase aqueuse. Dans la forme de réaction illustrée, la tubulure 62 est raccordée à une autre tubulure latérale 63 munie d'une vanne de vidange 7. Le réacteur comprend en outre une alimentation pour un gaz 2 ainsi qu'une sortie pour celui-ci 16. Eventuellement cette sortie 16 d'au moins un gaz est munie de moyens de contrôle. Dans ce cas, la pression gazeuse au dessus de la phase aqueuse dans la cuve réactionnelle peut être contrôlée et donc l'efficacité des procédés hydrométallurgiques améliorée grâce à une pression gazeuse optimale dans la cuve réactionnelle. L'alimentation d'au moins un gaz alimente ledit au moins un gaz, de préférence par le fond du réacteur. Ainsi, quand l'alimentation de la phase aqueuse est reliée à la cuve réactionnelle par le fond, les deux alimentations sont orientées dans le même sens et le temps de contact liquide-gaz est plus long, ce qui augmente les conversions chimiques dans la cuve réactionnelle. En revanche, quand l'alimentation de la phase aqueuse est reliée à la cuve réactionnelle par le haut, les deux alimentations circulent à contre-courant, ce qui réduit le temps de contact mais augmente la diffusion de la phase gazeuse dans la phase aqueuse.

En fonction des réactions à mettre en œuvre dans la cuve réactionnelle, celle-ci peut être en acier inoxydable ou acier au carbone isolé électriquement de la phase aqueuse comme en acier au carbone, et éventuellement protégée par un revêtement en résine anti-acide, ainsi que toutes les parties mobiles et statiques qui y sont présentes. Les dimensions de la cuve sont une fonction de l'application que l'on souhaite mettre en oeuvre. Pour un fonctionnement continu du réacteur, la cuve est dimensionnée par rapport au temps de séjour (t _s ) et au débit d'alimentation de ia phase aqueuse dans le réacteur (Qi). Le temps de séjour du liquide dans le réacteur est donné par la relation :

t _s = V _U /Q| avec V _u le volume utile du réacteur et Qi le débit d'alimentation de phase aqueuse dans le réacteur

V _u = H _u ^D| ² 4 avec D, le diamètre interne de la cuve.

Comme le réacteur selon l'invention est un réacteur universel conçu pour effectuer plusieurs processus hydrométallurgiques, le diamètre interne D, et la hauteur utile H _u du réacteur sont déterminés dans un rapport H _u / Dj qui permet de réaliser le temps de séjour nécessaire et une meilleure absorption de gaz pour l'accomplissement total de la réaction d'extraction, tout en s'adaptant au processus hydrométallurgiques.

L'épaisseur de la cuve est aussi une fonction de H _u et D, et est préférentiellement déterminée sur base des calculs de construction mécanique pour assurer sa bonne tenue. L'épaisseur de la cuve est, par exemple sans toutefois y être limitée, entre 2 et 10 mm.

Le fond du réacteur et son couvercle 21 peuvent être sous forme de calottes hémisphériques pour compléter la tenue mécanique de l'ensemble. La hauteur H _s des calottes peut être déterminée lors de la construction mécanique du réacteur. Le fond peut être amovible pour faciliter la mise en place des différents mécanismes et diffuseurs, par exemple des serpentins dans l'enceinte du réacteur qui peut comprendre, si nécessaire, un point-buttoir d'alignement de l'axe de rotation.

Dans une forme de réalisation préférentielle selon l'invention, la partie inférieure du réacteur peut être thermiquement isolée, par exemple mais pas limité par cet exemple, sur toute la hauteur H _u avec une isolation thermique 18 comme la laine de roche enveloppée d'une feuille d'aluminium. La cuve réactionnelle est donc munie de moyens d'agitation, permettant d'agiter et d'homogénéiser la phase aqueuse qui y est contenue dans laquelle le passage du premier métal du premier état d'oxydation au deuxième état d'oxydation se produit. Les moyens d'agitation comprennent agitateur rotatif monté sur un arbre auquel un moteur 22 imprime un mouvement de rotation et constitué des pales en nombre, forme et inclinaison optimalisés. Le dispositif mécanique de mélange comprend un système de support et de guide 14 de l'axe de rotation 23 et un système de roulement de l'axe de rotation des turbines 20. Dans la forme de réalisation illustrée, une puissante agitation est créée dans le réacteur 100, par exemple, par des turbines 10 de largeur d, comprenant chacune six pales inclinées à 45° sur l'horizontale (voire figures 2A et 2B). En effet, la turbine à six pales induit une meilleure dispersion des gaz dans la phase liquide.

Dans une forme de réalisation préférentielle selon l'invention, l'agitateur comporte deux turbines 10, par exemple quand 1 < H _u / D, < 1 ,8. Dans une variante selon l'invention, l'agitateur comporte trois turbines 10, par exemple quand H _u = 2Di. Trois turbines sont placées à trois niveaux équidistants d'une longueur égale à d. Alors, la turbine inférieure placée à une distance H _f par rapport au fond de la cuve (0,5 < H _f /d < 1) a des pales orientées de telle sorte que le flux axial ascendant est le long de l'axe pour aspirer la phase aqueuse alimentée par le bas et chauffée dans la zone de chauffage et la faire entrer dans la zone des réactions. Le flux axial descendant est alors le long de la paroi. Pour les deux autres turbines, les pales sont retro-orientées pour que le flux axial descendant soit le long de l'axe et le flux remontant, le long de la paroi. Ceci permet de réaliser l'homogénéisation optimale des phases aqueuses dans la cuve. L'intense agitation annihile par ailleurs les phénomènes de diffusion des espèces chimiques en phase aqueuse vers l'interface réactionnelie des phases liquide-gaz. La présence des produits solides précipités et l'agitation de l'élément mécanique amplifie le phénomène de nucléation. On assiste alors à une nucléation secondaire en lieu et place d'une nucléation spontanée lente et difficile à atteindre car nécessitant plus d'énergie interne.

Dans une autre forme de réalisation préférentielle selon l'invention, l'agitateur est animée d'une vitesse de rotation « n » qui impose un écoulement turbulent dans le liquide. Ainsi, la cavitation qui détruit la continuité de la phase liquide est évitée. Pratiquement, « n » est compris entre 50 et 200 tr/min.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l'invention, la cuve est équipée de plusieurs contre-pales, contre-vortex ou chicanes 11 de largeur δ selon la condition : 0,05 < δ / D, < 0,12, pour éviter l'entraînement de la masse liquide dans la cuve par le mouvement de rotation de l'agitateur. Ces chicanes verticales peuvent être disposées de façon équidistante sur la circonférence de la cuve. Préférablement, le nombre de chicanes est de 4 pour D, < 6m et 6 pour D[ > 6m. Dans une forme de réalisation du réacteur selon l'invention, six chicanes sont installées et servent en même temps de support de fixation pour l'alimentation dudit au moins un gaz, comme décrit ci-dessous. L'agitateur transforme ainsi l'énergie mécanique fournie en énergie cinétique du liquide.

Dans une autre forme de réalisation préférentielle selon l'invention, un gaz est injecté dans la phase aqueuse en même temps et le moyen d'agitation contribue à l'amélioration de la dispersion des bulles de gaz dans le liquide.

L'alimentation d'au moins un gaz est reliée à au moins un serpentin poreux ou percé 91 , 92, par exemple un serpentin surfacique réparti sur la section supérieure. L'alimentation d'au moins un gaz peut aussi contenir plusieurs, de préférence deux, serpentins poreux ou percés, par exemple au moins deux serpentins qui sont concentriques.

Un serpentin 91 principal, par exemple une bobine en spirales hélicoïdales de tuyau perforé de diamètre <j> _t (40 < D, < 55), est placée tout le long de la zone réactionnelle, par exemple sur une hauteur h = 3,25d, centrée à la hauteur de la turbine 10 centrale. Le diamètre des orifices d'injection de gaz est compris entre 2 et 4 mm pour assurer la génération des microbulles de gaz. Les serpentins 91 , 92 sont alimentés en mélange gazeux sous une pression « P _g » à partir de la dernière spirale dans le fond du réacteur. Dans le réacteur selon l'invention P ₀ est égale à une atmosphère et P _g est fixé selon : 1 < P _g /P _m in≤ 3,5. Cette disposition permet de répartir la pression et la vitesse d'injection des gaz le long des serpentins au regard de la variation de la pression due à la colonne de liquide. La surface totale des orifices doit permettre de souffler à P _g , le débit total des gaz (Q _g ) nécessaire pour accomplir les processus d'extractions selon l'invention, par exemple la démanganisation. Les serpentins peuvent être en deux demi bobines pour faciliter leur mise en place et espacée d'une distance 0,2 < d _sp /Dj < 0,25.

Dans une forme de réalisation avantageuse selon l'invention, le serpentin 91 est fixée dans le réacteur sur les chicanes et le serpentin 92 est fixé sur le serpentin 91.

Le réacteur selon l'invention comprend au moins un moyen de contrôle, par exemple, situé dans une zone de mesure d'au moins un paramètre constitué par le potentiel d'oxydoréduction (Eh), la température, le pH, la pression de gaz, le débit gazeux, le débit liquide, et le volume de la phase aqueuse. Dans la forme de réalisation illustrée, le réacteur comprend un système adéquat de mesure 13 des pressions et des débits (réglables) des gaz, par exemple par des sondes adéquates, ainsi qu'une sonde de mesure de niveau 15.

Pour réguler le pH de la phase aqueuse, le réacteur comprend une alimentation d'une solution ou suspension aqueuse basique ou acide, par exemple, de chaux ou de magnésie, reliée à une installation de préparation et pompage non illustrée à débit réglable. L'alimentation comprend alors une spirale plane 8 en demi-lune positionnée au dessus de la turbine supérieure 10 de part et d'autre de l'axe de rotation. Le tuyau est perforé vers le bas sur son demi-cercle inférieur et sur toute sa longueur spiralée pour alimenter la solution ou suspension de façon uniforme dans la zone réactionnelle par pompage interne grâce à la turbine.

Le réacteur 100 comprend aussi un élément de chauffage

17 qui peut être ajouté dans la cuve réactionnelle, par exemple une alimentation 3 de vapeur d'eau. Dans ce cas, une chaudière pour générer la vapeur est aussi prévue. La vapeur nécessaire au chauffage de la phase aqueuse est alimentée par une spirale en calotte hémisphérique placée dans le fond de la cuve et fixée sur les chicanes incurvées. Cette spirale régulièrement perforée sur toute la circonférence du tuyau et sur toute sa longueur est située dans la zone d'alimentation des phases aqueuses. La phase aqueuse est ainsi chauffée avant d'entrer dans la zone réactionnelle. La spirale est dimensionnée pour apporter la quantité de vapeur nécessaire. Pour limiter les entrées d'eau, la vapeur à haute pression est de préférence très chaude, par exemple, elle présente une température de 200 à 300°C.

Avantageusement, la sortie pour la phase aqueuse est un déversoir, aménagé dans une cuve de D, = 4m et d'une hauteur de ,75 m. Dans une forme de réalisation particulière selon l'invention, le déversoir est la tubulure latérale 61 et se dégage de la cuve, par exemple à 25 cm de la bride inférieure, sous une forme triangulaire, pour alimenter la zone de décharge. Ainsi la phase aqueuse qui rentre dans cette zone ne peut plus revenir dans la cuve. Le déversoir 61 peut avoir une hauteur de 30 cm. Dans une forme de réalisation préférable selon l'invention, il est prévu, au dessus du déversoir 61 , un espace sur une certaine hauteur, par exemple de 50 cm, qui peut loger un joint hydraulique pour que les gaz ne s'échappent pas par le déversoir 61 , mais bien par la cheminée 16 aménagée dans la calotte supérieure, après avoir traversé toute la hauteur de phase aqueuse. Après réaction, la phase aqueuse débouche dans Ea zone de débordement 51 et s'évacue par le déversoir 61 , tandis que les gaz s'accumulent dans la zone d'évacuation avant de s'évacuer par la cheminée 16. Après la zone réactionnelle, la phase aqueuse arrive dans la zone de débordement 51 et s'évacue hors du réacteur par le déversoir 61.

Le réacteur comprend également un moyen de séparation 5, par exemple, un filtre pour récolter le premier métal de la phase aqueuse en forme d'oxyde ou hydroxyde non soluble ou présentant ledit deuxième état d'oxydation.

Dans certains cas, le réacteur selon l'invention comprend en outre des éléments conventionnels qui soutiennent son fonctionnement, comme, par exemple, une station de production ou de stockage de S0 ₂ (liquide ou gazeux), un compresseur d'air, un système de mélange et d'analyse (S0 ₂ ) des gaz avant injection dans le réacteur, et un moniteur pour la lecture des mesures et la régulation. Bien entendu, le réacteur peut aussi comprendre un réservoir, par exemple un réservoir en amont ou en aval, de phase aqueuse ou d'une solution tampon ainsi qu'une installation de pompage et mesure des débits (réglables). En outre, dans une forme de réalisation particulière selon l'invention, le réacteur est aussi équipé d'au moins une boîte-à-vent, par exemple une paire des boîtes-à-vent. Elles repartissent le débit de gaz sur diverses hauteurs de la cuve réactionnelle suivant les rapports, par exemple: 1/2 pour la première chambre, 1/3 pour la deuxième chambre, 1/6 pour la troisième chambre. Elles sont alors disposées de part et d'autre du réacteur pour équilibrer la pression d'alimentation. Le gaz est ainsi alimenté sur les deux bouts de chaque serpentin externe qui alimente les serpentins internes. Cette répartition augmente l'efficacité de fonctionnement du réacteur, en particulier lorsque l'appareil est utilisé pour faire la cémentation.

Les serpentins peuvent être remplacés selon l'invention par un diffuseur poreux ou des membranes (une centrale et une ou plusieurs circonférentielles afin de permettre une diffusion optimale du gaz. Selon les applications (gaz porteur avec un métal ou gaz oxydant), on choisira le moyen de diffusion le plus approprié.

En plus, dans une forme de réalisation particulière selon l'invention, le réacteur selon l'invention est aussi équipé avec une structure de soutènement. Cette structure peut être constituée des tronçons de poutre en fer assemblés par boulonnage sur les faces verticales et horizontales des poutres et renforcée par des croisillons en fer plat montés en triangle. Pour un diamètre total d'encombrement extérieur du réacteur de 422 cm, incluant les brides de fixation et la couche d'isolation thermique, on adoptera une structure de soutènement de section carrée de 442 cm de côté interne et 522 cm de côté externe pour des poutres de 40 cm. Les plateaux de fixation de différentes parties du réacteur vont poser sur des poutres horizontales de la structure, également en fer de 40 cm. Ces poutres posées sur des coins, sont également fixées dans la structure par boulonnage. Un escalier extérieur accolé à ia structure permet d'accéder au plancher de travail aménagé au sommet du réacteur. Les différents plateaux de fixation peuvent aussi être exploités comme planchers de travail intermédiaires.

Les différentes alimentations des réactifs se font avantageusement par le haut au travers du couvercle étanche du réacteur 100 pour éviter un retour des phases aqueuses dans les canalisations par pression hydrostatique en cas d'arrêt ou de baisse de pression accidentels. Pour des raisons de réalisation pratique et de montage mécanique du réacteur, celui-ci peut être conçu en plusieurs sous-ensembles de telle sorte que certaines modifications pourront être apportées à la conception telle que décrite ci-haut.

Comme mentionné précédemment, la présente invention se rapporte à un procédé hydrométallurgique conçu pour une extraction d'au moins un premier métal présent à un premier état d'oxydation dans une phase aqueuse par passage à un deuxième état d'oxydation accompagné d'un changement d'état de la matière de liquide à solide ou de solide à liquide, par contact avec un ou plusieurs gaz. Ce contact provoque un changement d'état d'au moins un premier métal par un passage du premier état d'oxydation à un deuxième état d'oxydation différent du premier état d'oxydation. Ainsi, le premier métal peut être récupéré, dans son second état d'oxydation, qui est différent dudit premier état d'oxydation. Donc, la sortie de la phase aqueuse, évacuée du réacteur 100 par les tubulures 61 ou 62, contient au moins un premier métal extrait présentant le deuxième état d'oxydation et donc un autre état de la matière.

Le réacteur selon l'invention est conçu pour réaliser les procédés hydrométallurgiques selon l'invention, ses caractéristiques pour une opération à l'échelle pilote ou à l'échelle industrielle montrés dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Caractéristiques d'un réacteur selon l'invention

3Pag (kW) 0,345 176,72

Pg (atm) 2,5 5

L'utilité du réacteur hydrométallurgique selon l'invention ressort particulièrement bien du procédé décrit ci-dessous d'extraction de métaux à partir de minerais.

Comme tout procédé d'extraction de métaux, il faut d'abord appliquer une lixiviation qui permet de solubiliser dans une phase aqueuse acide des métaux valorisâmes (Cu, Co, Ni, U, Mn, Fe, ...), généralement dans de l'acide sulfurique. La phase aqueuse contenant ledit premier métal solubilisé à l'acide et donc présentant ledit premier état d'oxydation est donc isolée des blocs de minerais pour un traitement ultérieur.

Dans le procédé particulièrement adapté pour les minerais de la république démocratique du Congo selon l'invention, le minerai riche en cuivre et cobalt subit donc tout d'abord, comme on peut le voir à la figure 3, une lixiviation oxydante pour le cuivre et réductrice pour le cobalt 601 à partir de laquelle la phase aqueuse contenant le cuivre est séparée de la pulpe pour réaliser dans une étape ultérieure 602 une cémentation du cuivre sur l'aluminium. La phase aqueuse contenant le cuivre contient également du fer, du manganèse, du cobalt et du magnésium.

Lors de la cémentation du cuivre 602, le cuivre présent à un premier état d'oxydation (+1 , +2) passe au deuxième état d'oxydation (0) au contact avec le deuxième métal plus électronégatif (par exemple l'aluminium) et précipite. Ceci peut être par exemple mis en oeuvre dans une salle de cémentation appropriée.

Le cuivre solide est donc récupéré tandis que la phase aqueuse est encore traitée ultérieurement pour précipiter et éliminer les impuretés telles que le fer et le manganèse par oxydation par un mélange d'air et de S0 ₂ .

Cette étape de précipitation 603 est avantageusement réalisée dans le réacteur hydrométallurgique selon l'invention. Le fer et le manganèse sont récupérés sous forme d'oxyde ou hydroxyde solide tandis que la phase aqueuse est encore traitée pour récupérer l'aluminium à l'étape 604. Cette étape comprend une neutralisation de la phase aqueuse avec une base pour précipiter de l'hydroxyde d'aluminium, le récupérer et ensuite le calciner pour former de l'alumine.

La phase aqueuse peut alors être traitée pour la récupération du cobalt, soit par précipitation 605, soit par cémentation 610.

Si îa récupération du cobalt se fait par précipitation, celle-ci peut avoir lieu dans un réacteur hydrométallurgique selon l'invention.

La phase aqueuse est alors soumise à une oxydation, par exemple par un mélange gazeux air/S0 ₂ qui produit de l'oxyde cobaltique C02O3 à partir du Co(OH)3 obtenu à partir du sulfate de cobalt initialement présent dans la phase aqueuse. Dans ce cas, le premier métal est le cobalt présent à l'état de sel solub!e et passe à l'état de sel non soluble C02O3 et précipite. Le pH de la phase aqueuse est compris avantageusement entre 5 et 6, après neutralisation par ajout d'une solution ou suspension basique, par exemple par ajout de lait de magnésie pour ne pas polluer le précipité. Généralement, le nickel présent dans la phase aqueuse sous forme de trace ne sera pas oxydé avant le cobalt. Si la phase aqueuse contient plus de nickel, il y aura lieu d'ajouter une étape de purification préalable pour éliminer le nickel.

Le sel C02O3 est récupéré par décantation, filtration, lavage sur filtre-presse et est ensuite calciné et conditionné pour sa récupération.

La phase aqueuse circule avantageusement en continu dans le réacteur hydrométallurgique selon l'invention qui n'est arrêté que pour la récupération de l'oxyde de cobalt.

La phase aqueuse épuisée substantiellement en cobalt est riche en magnésium. Les sels de magnésium, à forte concentration, sont généralement néfastes à l'environnement. Cette phase aqueuse est donc traitée par ajout d'une solution ou suspension basique, par exemple par ajout de calcaire ou lait de chaux qui permet la précipitation de g(OH)2 à pH de préférence > 10 (606).

Le Mg(OH)2 solide présent à l'état d'oxydation +2 est récupéré et peut être réutilisé comme neutralisant dans la solution/suspension basique. Sinon, ie g(OH) ₂ est rejeté séparément ou simultanément avec les rejets de iixiviation.

La phase aqueuse appauvrie en magnésium peut alors être traitée ultérieurement pour repulper les rejets solides ou le minerai à l'étape de Iixiviation 601. Sinon, la phase aqueuse peut être à nouveau traitée dans un réacteur selon l'invention en vue de la récupération d'uranium lorsqu'il est présent (607).

Si la phase aqueuse issue de l'étape de précipitation de l'aluminium 604 est traitée pour récupérer le cobalt par cémentation 610, la phase aqueuse alimente un réacteur hydrométallurgique selon l'invention qui est en outre alimenté par de la poudre d'aluminium, pneumatiquement dans un gaz inerte.

Avantageusement, on prévoit d'ajouter une solution/suspension basique, par exemple de lait de magnésie pour favoriser la cinétique de la réaction.

Le cobalt ainsi cémenté (éventuellement avec de l'aluminium ou du magnésium) est ainsi récupéré et la phase aqueuse est alors traitée éventuellement pour précipiter l'hydroxyde d'aluminium 611 avant de traiter les eaux résiduaires à l'étape 608.

L'hydroxyde cobaltique précipité à l'étape 605 peut être relixivié dans le réacteur 100 en milieu sulfurique et en présence de SO2. SO2 se présente, dans ce cas de relixiviation des précipités d'oxydes purs C02O3.XH2O, comme un réducteur non polluant pour la solution. En l'absence du couple d'oxydoréducrion Fe ²⁺ /Fe ³⁺ , la relixiviation des oxydes cobaltiques se fait suivant les réactions :

2[Co(OH) ₃ ] _s + [S0 ₂ ] _aq + [H ₂ S0 ₄ ] _a q = 2[CoS0 ₄ ] _aq + 4[H ₂ 0], 2[CoOOH] _s + [S0 ₂ ]aq + [H ₂ S0 ₄ ]aq = 2[CoS0 ₄ ] _aq + 2[H ₂ 0]|

[Co ₃ 0 ₄ ] _s + [S0 ₂ ]ac, + 2[H ₂ S0 ₄ ] _aq = 3[CoS0 ₄ ] _aq + 2[H ₂ 0] _S [Co ₂ 0 ₃ ] _s + [S0 ₂ ] _aq + [H ₂ S0 ₄ ] _aq = 2[CoS0 ₄ ] _aq + [H ₂ 0] _t

Il s'agit d'un équilibre assez complexe : gaz - liquide - solide. Il faut en déterminer les conditions opératoires optimum pour assurer une bonne cinétique de réaction : T°, pS0 ₂ , ptotah E(V), pH, agitation, temps de séjour. Pour T° < 90°C et p _to tai = 1 atm, le réacteur 100 peut donc servir de réacteur de lixiviation, pour une pulpe alimentée à faible densité. L'opération peut être conduite sous une atmosphère N ₂ /S0 ₂ ou air/S0 ₂ . Un temps de séjour ts de la phase aqueuse approprié est, par exemple, au moins 2 heures.

Le cobalt relixivié de l'étape 609 peut après être cémenté 610 pour obtenir le cobalt métallique en très grande pureté.

Pour les cémentations effectuées dans le réacteur 100 selon l'invention, Di est déterminé tel que les céments de métal restent en suspension dans la phase aqueuse pendant tout le processus de cémentation. Dans une forme de réalisation particulière, Di est réduit, car la cinétique de cémentation peut être très grande dans un milieu homogénéisé. Le temps de séjour de la phase aqueuse dans le réacteur 100 est conséquemment réduit, ce qui permet de travailler avec un réacteur de faible diamètre, comme, par exemple, Di = 2m et Hu = 8m.

Pour les précipitations 400, une forme de réalisation particulière du réacteur 100 est 1 < H _u / D, < 1 ,8, et de préférence H _u / D, > 2. Un temps de séjour t _s de la phase aqueuse approprié est au moins 2 heures, généralement de 2 à 3 heures, ou d'au moins 3 heurs, par exemple si la teneur en fer est relativement élevée et un rendement de précipitation de n supérieure à 90% est souhaitable. Pour garder une colonne de liquide suffisante dans la cuve, le réacteur 100 est opéré de préférence avec H _u = 2 D, et Dj < 6 m.

Les eaux résiduaires sont ensuite également traitées 608 et neutralisées par le calcaire (filier) et le lait de chaux pour précipiter Mg(OH)2 à pH > 10. Après décantation et filtration, les eaux claires peuvent être recyclées dans le procédé. Après séparation solide/liquide, les solides, s'ils ne sont pas réutilisés comme neutralisant dans une autre étape du procédé, sont rejetés séparément ou en même temps que les rejets de lixiviation.

Comme on peut le voir à la figure 4, le procédé hydrométallurgique comprend une précipitation 400, qui peut être effectuée en utilisant un réacteur 100 selon l'invention, dans lequel se produit un changement d'état 413 de l'état liquide à l'état solide d'au moins un premier métal par oxydation en un oxyde ou hydroxyde non soluble. La phase aqueuse contenant au moins un premier métal en solution peut être un lixiviat issu d'une lixiviation qui comprend un sel métallique soluble dans une phase aqueuse acide, ou toute phase aqueuse issue d'une étape de purification nécessitant la récupération d'un premier métal.

Par exemple, la phase aqueuse issue de la lixiviation du minerai et de la cémentation du cuivre, peut être traitée dans le réacteur hydrométallurgique selon l'invention et présente à titre d'exemple la composition montrée dans le Tableau 2.

Tableau 2 : Composition des phases aqueuses (g/l)

Les phases aqueuses I et 11 peuvent préalablement être neutralisées à pH = 3, avant purification. Pour traiter ces phases aqueuses un réacteur 100 d'un volume est adopté tel que : t _s = V _u /Qi = 3 h au moins, car la teneur en fer est relativement élevée, donc : Dj = 4 m, H _u = 8 m et V _u = 100,5 m ³ . Ce réacteur 100 permet par exemple de traiter des minerais de la région katangaise, présentant la composition standard. La phase aqueuse est donc alimentée 411 dans la cuve réactionnelle 1 par ladite alimentation en phase aqueuse 61 , 62 et est mise en contact 412 avec au moins un gaz, par exemple le mélange gazeux oxydant air/SO ₂ , alimenté 411 dans la phase aqueuse amené par ladite alimentation en au moins un gaz 2 au travers dudit au moins un serpentin 91 , 92. Ceci provoque un changement d'état 413 d'au moins un premier métal par un passage du premier état d'oxydation à un deuxième état d'oxydation qui diffère du premier état d'oxydation et s'accompagne d'un changement d'état de l'état liquide à l'état solide, notamment une précipitation. La phase aqueuse sort donc du procédé quittant la cuve réactionnelle 1 dans l'étape 414 appauvrie en ledit premier métal.

La production industrielle de certains oxydes et hydroxydes à l'état pur peut donc être conçue dans le réacteur 100 selon l'invention par oxydation par un mélange oxydant, par exemple un mélange gazeux air/S0 ₂ en fonction du pH, comme le montre le Tableau 3.

Tableau 3 : Conditions de précipitation sélective des métaux

Lorsque le réacteur selon l'invention met en œuvre la précipitation du Fe et du Mn, ces derniers peuvent d'abord être éliminés de la phase aqueuse à pH 3,3 sous forme de d'oxyde ou d'hydroxyde ferrique et MnO ₂ , avant la précipitation oxydative de cobalt à un pH plus élevé, par !e mélange gazeux air/SO ₂ . La précipitation se fait suivant les réactions :

MnSO + SO ₂ +O ₂ + 2H ₂ O = 2H ₂ SO ₄ + MnO ₂ ^

2FeSO ₄ + O ₂ + SO ₂ = Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ Fe ₂ (S0 ₄ ) ₃ + 3Ca(OH) ₂ + 6H ₂ 0 = 2Fe(OH) ₃ l + 3CaS0 ₄ .2H ₂ 0

Le premier métal (le fer, le manganèse ou les deux) passe alors de l'état d'oxydation +2 où il est sous la forme d'un sel soluble dans l'acide à l'état d'oxydation supérieur (+3 pour le fer et +4 pour le manganèse).

Pour précipiter Fe ³⁺ , le pH de (a phase aqueuse est contrôlé entre pH = 3 et pH = 3,6, de préférence à pH = 3,3. La neutralisation de la phase aqueuse peut se faire au lait de chaux pour une meilleure décantabilité et fiitrabilité du précipité. A pH = 3,3 la teneur finale en Fe3+ dans la phase aqueuse ne sera que de l'ordre de 0,5 mg/l. A ce pH la teneur en Al ³⁺ peut encore atteindre 15,52 g/l. Ce qui correspond à 54 g/l de cuivre cémentés.

Diverses précipitations peuvent être réalisées en mode continu en faisant usage du réacteur 100 selon l'invention, conçu spécifiquement pour cet usage. Alors, la phase aqueuse, siège des réactions, est le milieu continu. La phase gazeuse est la phase dispersée dans la phase aqueuse. Pour réaliser une précipitation totale par oxydation par le mélange gazeux air/S0 ₂ dans un réacteur 100 fonctionnant en mode continu, il faut que la dispersion et l'absorption des gaz dans la phase aqueuse soient cinétiquement favorisées, ce qui est avantageusement obtenu dans un réacteur type colonne de fiottation, notamment une colonne pneumatiquement agitée. Le brassage liquide- gaz et l'agitation de la phase aqueuse sont très intenses et intimes, localisés dans le domaine du régime turbulent. Ces conditions sont réalisées par l'agitation mécanique, particulièrement appropriée selon l'invention et par la présence d'au moins un moyen de diffusion de gaz approprié tel qu'un serpentin percé d'orifices ou poreux, un diffuseur poreux ou des membranes.

Après filtratton 415, la phase aqueuse appauvrie en fer et/ou manganèse est préférentiellement traitée pour précipiter et récupérer l'aluminium 405, par neutralisation des phases aqueuses. Cette récupération 405 peut s'effectuer par neutralisation au lait de magnésie pour ne pas polluer le précipité d'AI(OH) ₃ , préférablement à pH 5. La teneur finale d'AI ³⁺ dans la phase aqueuse est de préférence de l'ordre de 0, 12 mg/l. Le cobalt ne précipite pas à ce pH et en lavant suffisamment, le cobalt entraîné dans !a phase aqueuse peut être récupéré 409. Cette étape de récupération d'AI solide 406 peut également être suivie par une séparation solide/liquide, par exemple par décantation, clarification et filtration sur filtre-presse après vieillissement, processus par lequel les hydrates amorphes et colloïdaux précipités perdent progressivement de l'eau pour évoluer vers des formes cristaliisées faciles à décanter et à filtrer. Le précipité d'AI(OH) ₃ est ensuite calciné à 900°C < T < 1000°C, pour produire l'alumine (AI2O3) commercialisable et facilement re-traitable dans l'industrie de l'aluminium.

Lorsque le réacteur hydrométaliurgique met en œuvre la précipitation du cobalt, ce dernier est initialement présent sous la forme de sulfate de cobalt en solution (L) à l'état d'oxydation +2. Il est alimenté

411 dans la cuve réactionnelle avec une alimentation d'un gaz oxydant

412 qui met en contact le sulfate de cobalt avec le gaz oxydant. Le cobalt peut être produit sous contrôle de pH par le lait de magnésie sous forme de C02O3 après précipitation sous forme de Co(OH)3 à l'état d'oxydation +3 (solide) 413 dans le réacteur 100 par le mélange gazeux air/S02 à un pH de 5 à 6,5. Le cobalt est alors récupéré par une séparation solide/liquide 415 et chacune des phases peut être traitée ultérieurement.

Le cobalt peut également être cémenté 610 sur Al en poudre dans le réacteur 100 à un pH de 6 à 6,5. L'hydroxyde d'aluminium est ensuite éliminé 611 du cément par acidification à pH = 3 et récupéré plus loin sous forme de AI(OH) ₃ et peut être commercialisé sous forme de A! ₂ 03 après calcination. Les eaux résiduaires du procédé sont traitées 608 pour précipiter Mg(OH) ₂ par Ca(OH) ₂ à pH > 10, avant re-circulation en tête du procédé ou pompage en bassin avec les rejets solides de lixiviation.

Comme on peut le voir à la figure 5, le procédé hydrométallurgique comprend une cémentation 500 qui peut être effectuée en utilisant un réacteur 100 selon l'invention. Un changement d'état 513 de l'état liquide à l'état solide d'au moins un premier métal sur un deuxième métal de cémentation solide plus électronégatif a lieu. La phase aqueuse contenant au moins un premier métal en solution dans la phase aqueuse, par exemple sous forme de cations métallique résultant d'une lixiviation ou d'une étape préalable de purification, par exemple de précipitation, est alimentée 511 dans la cuve réactionnelle 1 du réacteur 100. La phase aqueuse est mise en contact 512 avec un mélange de gaz et de deuxième métal alimenté dans la phase aqueuse. Ceci cause le changement d'état 513 susdit du premier métal par un passage du premier état d'oxydation au deuxième état d'oxydation qui diffère du premier état d'oxydation, en présence du deuxième métal plus électronégatif que le premier métal à cémenter. La cémentation est donc effectuée par la réduction du premier métal, sur le deuxième métal, de préférence sous forme de poudre ou de particules de métal élémentaire. Le premier métal est donc cémenté en utilisant l'énergie chimique interne de réaction et non l'énergie externe fournie, par exemple, par un transfo-redresseur. La phase aqueuse sort du procédé 514 comme un extrait, par exemple par la tubulure 61 , contentant au moins un premier métal extrait présentant le deuxième état d'oxydation (solide). Une ou plusieurs étapes 511 , 512, 513, 514 de ce procédé peuvent être effectuées en mode continu. Les céments solides peuvent être séparés 515 de la phase aqueuse avant que la phase aqueuse puisse subir un traitement ultérieur comme une précipitation ou une autre cémentation 500 pour extraire d'autres premiers métaux.

Lorsque ledit deuxième métal est de l'aluminium, dans certaines conditions, un sel hydroxyde ou oxyde à la surface du grain du deuxième métal peut se former, ce qui conduit à l'introduction d'une résistance ohmique à l'interface réactionnelle où se déroule la réaction de cémentation. Ce phénomène introduit une surtension de résistance qui peut faire basculer la cinétique de cémentation d'un contrôle par diffusion à un contrôle chimique, avec comme conséquence l'inhibition de la cémentation. Ce phénomène peut se produire dans les conditions de cémentation du cobalt sur l'aluminium aux pH neutres où précipite AI(OH)3- Dans un tel cas, il peut être avantageux que le deuxième métal soit du magnésium dont le sel est encore très soluble en milieu aqueux à ces valeurs de pH. L'aluminium métallique est parfois passive par un film d'oxyde AI ₂ O ₃ .

La surface spécifique du deuxième métal est déterminée par la taille de ses grains. Dans le procédé de l'invention, une poudre présentant une taille de particules comprise entre 30 et 100 μιη est préférable. La grande finesse de la poudre annihile par ailleurs toute contamination du cément par enrobage des grains.

L'alimentation de la poudre du deuxième métal 512, par exemple d'aluminium, peut se faire par un système fixe 2, 91 , 92 et contrôlé qui ne perturbe pas le déchargement de la cuve. La poudre d'aluminium est dès lors pneumatiquement transportée et alimentée 512 dans la cuve 1 du réacteur 100, par exemple par le fond en contre-courant de la phase aqueuse qui est alimentée 511 par le haut par la tubulure 61. Le gaz de transport sert en même temps de vecteur d'agitation de la phase aqueuse. La faible densité de l'aluminium, métal semi-léger (de densité = 2,7), facilite ce mode de transport. Pour éviter l'oxydation de la poudre d'aluminium, le gaz de transport est l'azote en lieu et place de l'air généralement utilisé dans l'industrie. L'azote apparaît moins réactionnei suite à la grande stabilité de la molécule N ₂ . En effet, pour : 2N = N2, ΔΘ°298 = -170 kcal, 20 = 0 ₂₎ ΔΘ°298 = -118 kcal, 2H = H ₂ , AG°298 = -103 kcal, 2CI = Cl ₂ , ΔΘ°298 = - 60kcal.

Les débits de gaz sont calculés pour assurer le transport pneumatique des poussières d'aluminium ou de magnésium. Le gaz de transport est de préférence totalement sec pour écarter tout risque d'hydrolyse pendant le transport. Le débit minimum des gaz peut être déterminé sur base de la vitesse minimum de transport. Cette vitesse est fonction de la densité du métal transporté, de la dimension des poussières, de la masse des poussières véhiculées par unité de volume des gaz. La vitesse maximale de transport est la vitesse limite qui ne détruit pas la continuité de la phase liquide.

Le procédé hydrométallurgique selon l'invention comprend donc comme on l'a mentionné précédemment, une étape de cémentation du cuivre qui peut être mise en oeuvre dans le réacteur hydrométallurgique selon l'invention. Dans ce cas, la cémentation se déroule sur une pile en court-circuit. AE° étant largement supérieur à 0,36V, !e courant de cémentation est dans la zone du courant limite de diffusion de Cu. La cinétique de cémentation est alors contrôlée par la diffusion et pas par la réaction électrochimique. Dans le système Cu ²⁺ /AI le dépôt est très rugueux (botryoïdal) présentant des cristaux très massifs. Aussi, les températures et les concentrations en premier métal élevées favorisent les dépôts à grosse structure tandis que les basses températures et les faibles concentrations de premier métal favorisent les dépôts brillant à grains fins. La température de cémentation pour le couple Cu ²⁺ /AI est de 40 à 50°C.

Le réacteur 100 selon l'invention peut donc être utilisé pour cémenter le cuivre sur l'Ai en poudre à pH = 2 - 2,5, par exemple après dé-séléniage et suivant la réaction régie par la différence de potentiel entre les deux couples d'oxydo-reduction Cu ²⁺ /Cu et Al ³⁺ /Al :

3Cu ²⁺ + 2AI° = 3Cu° + 2AI ³⁺

3CuS0 _{4 (act)} + 2AI°(s) = 3Cu° _(s) + AI ₂ (S0 ₄ ) _{3 (aq} )

AG°réact. 298 = - 278,73 Kcal

AE° _réact . 298 = 2,014V.

Une telle différence de potentiel (UA/C = 1 ,9 - 2,2V) permet de recueillir le cément cuivre sous forme de cristaux géants. Pour des raisons de sécurité, l'usage du nitrure d'aluminium (AIN) en poudre peut être réalisé au lieu de l'aluminium à cause de l'inflammabilité de l'aluminium en poudre, mais le ΔΕ ⁰ est conséquemment plus bas. En plus, ceci permet d'épuiser la phase aqueuse cémentée (concentration finale de la phase aqueuse < 100 mg/l). Cette approche assure aussi une cinétique de cémentation très rapide en milieu sulfurique. Le cuivre étant très électro-positif par rapport aux autres éléments présents dans la phase aqueuse, précipite seul sans contamination possible. Le faible excès d'aluminium est consommé par les réactions parasites telles que le couple Fe ²⁺ /Fe ³⁺ et l'attaque acide. Pour éviter une précipitation simultanée d'AI(OH)3, le pH de la phase aqueuse est maintenu à pH = 2 - 2,5. On obtient ainsi un cément de cuivre titrant 99,9%, après lavage poussé pour éliminer la phase aqueuse sulfate imprégnante.

Le traitement des phases aqueuses relativement riches (30 à 40 g/l Cu) permet de limiter le volume des phases aqueuses à véhiculer et donc de limiter le réacteur à une taille économique.

La phase aqueuse, présentant, après la cémentation du cuivre, des volumes importants de nickel, cobalt et uranium, peut ensuite être également traitée dans le réacteur 100 selon l'invention. Le nickel peut être cémenté sélectivement sur l'aluminium ou le magnésium en poudre dans le réacteur 100 selon l'invention. Etant légèrement plus électropositif que le cobalt, le nickel est alors cémenté en premier lieu. Si la phase aqueuse est d'abord décobalté, le nickel peut ensuite être récupéré dans le réacteur 100 par cémentation sur Mg en poudre à pH = 6,5 - 7, contrôlé par exemple par le lait de magnésie.

Le cobalt peut être récupéré dans le réacteur 100 par cémentation sur Mg en poudre après ajustement de pH entre 6,5 et 7 par exemple par le lait de magnésie. La température est alors de préférence entre 60 et 70°C. L'or peut également être récupéré des phases aqueuses complexes de cyanure ou de thio-urée par cémentation sur Zn ou Al dans un réacteur 100 ou dans un atelier Merril-Crowe. La cémentation de cuivre, de cobalt ou de nickel est de préférence suivie par une séparation solide/liquide (S/L 515). Le cément ainsi obtenu est séché sous atmosphère d'azote pour éviter l'oxydation superficielle.

Après décobaltage de la phase aqueuse, Ni peut être, comme mentionné ci-avant, cémenté sur du Mg en poudre dans le réacteur 100 selon l'invention fonctionnant à un pH de 6,5 à 7, contrôlé par le lait de magnésie. Donc, Ni ²⁺ et Co ²⁺ contenus dans la phase aqueuse sulfurique sont séparé par oxydation et précipitation sélective de CoOOH par le mélange gazeux air/S02 dans le réacteur 100, suivi par la cémentation de Ni 606, le nickel étant un peu plus électropositif que le cobalt. Le nickel cémente jusqu'à une teneur telle que :

- 0,250 + 0,06/2 log [Ni ²⁺ ] = - 0,277 + 0,06/2 log [Co ²⁺ ]

log [Co ²⁺ ]/[Ni ²⁺ ] = 0,9

[Ni ²⁺ ] = [Co ²⁺ ]/7,94

Pour une phase aqueuse contenant 2 g/l de Co ²⁺ à pH = 6,5, le nickel présent dans la phase aqueuse cémente jusqu'à 251 mg/l. Aux plus faibles concentrations les deux métaux co-précipitaient. Pour purifier la phase aqueuse cobalt du nickel résiduel, un deuxième réacteur 100 pousse la co-cémentation jusqu'à éliminer Ni qui est recueilli dans un cément mixte Ni/Co. Ensuite, dans un troisième réacteur 100, la cémentation du cobalt restant peut être poursuivie.

Le Ni résiduel peut aussi être éliminé par d'autres voies chimiques avant de précipiter Co pur. La production industrielle du cobalt métallique ou du nickel métallique sous forme de poudre pure par cémentation sur l'aluminium métallique en poudre ou sur le magnésium métallique en poudre est effectuée dans le réacteur 100 de l'invention, l'azote gazeux étant le vecteur d'agitation pneumatique et de transport de la poudre du métal cémentant dans le réacteur.

Enfin, après dénickelage 606, l'uranium peut être récupéré 607 de la phase aqueuse par oxydation dans le réacteur 100 selon l'invention par le mélange gazeux air/S0 ₂ suivant la réaction :

2 H ₂ 0 + S0 ₂ + 0 ₂ = H ₂ 0 ₂ + H ₂ S0 ₄

U0 ₂ S0 ₄ + H ₂ 0 ₂ + 2 H ₂ 0 = U0 ₄ .2H ₂ 0 + H ₂ S0 ₄

U0 ₂ S0 ₄ + S0 ₂ + 0 ₂ + 4 H ₂ 0 = U0 ₄ .2H ₂ 0 + 2 H ₂ S0 ₄

Pour un meilleur rendement de récupération 607, le pH final de ia phase aqueuse est de préférence compris entre 2,5 < pH < 3,5. En faisant abstraction de l'eau d'hydratation, la réaction d'oxydation peut s'écrire sous la forme simplifiée : U0 ₂ ²⁺ + H ₂ 0 ₂ = U0 ₄ + 2 H ⁺

La présente invention permet donc une utilisation d'un réacteur hydrométallurgique pour valoriser un minerai métallique (oxydé ou sulfuré), son concentré ou son cendre de grillage des sulfures.

Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.