FR2504940A1 - PROCESS FOR PROCESSING SULFATE LEAN COMPOUNDS FOR RECOVERING THE METAL LEAD AND HIGH-PURITY SULPHATE AND INSTALLATION THEREFOR - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE TRAITEMENT DE COMPOSES DE PLOMB SULFATES, EN PARTICULIER DE CEUX QUI PROVIENNENT DES BATTERIES EPUISEES, POUR EN RECUPERER LE PLOMB METALLIQUE ET UN SULFATE DE HAUTE PURETE, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'IL COMPREND LES PHASES SUIVANTES: LIXIVIATION DESDITS COMPOSES SULFATES AVEC DU CARBONATE SODIQUE EN SOLUTION AQUEUSE; SEPARATION, PAR FILTRATION DU PRECIPITE DE CARBONATE DE PLOMB AINSI FORME, DU SULFATE SODIQUE RESTE EN SOLUTION; REDUCTION DU CARBONATE DE PLOMB EN PLOMB METALLIQUE; SEPARATION DU SULFATE SODIQUE PAR CRISTALLISATION DES SOLUTIONS FILTREES; ET RECYCLAGE DES EAUX MERES DE LA CRISTALLISATION VERS LA PHASE DE LIXIVIATION. L'INVENTION CONCERNE EGALEMENT UNE INSTALLATION POUR LA REALISATION DU PROCEDE CI-DESSUS DEFINI.THE PRESENT INVENTION CONCERNS A PROCESS FOR TREATING SULPHATED LEAD COMPOUNDS, IN PARTICULAR THOSE COMING FROM DEEP BATTERIES, TO RECOVER METAL LEAD AND A HIGH PURITY SULPHATE, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT IT COMPRISES THE PHASES: OF THE SAID SULPHATES WITH SODIUM CARBONATE IN AQUEOUS SOLUTION; SEPARATION, BY FILTRATION OF THE LEAD CARBONATE PRECIPITE IN THIS FORM, SODIUM SULPHATE REMAINING IN SOLUTION; REDUCTION OF LEAD CARBONATE IN METAL LEAD; SEPARATION OF SODIUM SULPHATE BY CRYSTALLIZATION OF FILTERED SOLUTIONS; AND RECYCLING OF MOTHER WATERS FROM CRYSTALLIZATION TO THE LIXIVIATION PHASE. THE INVENTION ALSO RELATES TO A PLANT FOR CARRYING OUT THE ABOVE DEFINED PROCESS.
Description
La présente invention concerne un procédé de traitementThe present invention relates to a method of treatment
de composés de plomb sulfatés pour en récupérer le plomb mé- sulphated lead compounds to recover the lead lead
tallique et, simultanément, un sulfate d'une haute qualité, and at the same time a sulphate of high quality,
ainsi que l'installation nécessaire pour réaliser ce procédé. as well as the installation necessary to carry out this process.
Le procédé qui sera décrit ici est particulièrement adap té au traitement des composés de plomb %*lfatés provenant des The process to be described herein is particularly suitable for the treatment of lead compounds derived from
batteries acides au plomb épuisées ("masse'). lead acid batteries exhausted ("mass").
Il existe divers procédés connus pour récupérer le plomb métallique de la "masse" et des boues des batteries épuisées; There are various known methods for recovering metallic lead from the "mass" and sludge from spent batteries;
parmi les plus courants, on peut citer, par exemple, les pro- among the most common are, for example,
cédés pyrométallurgiques, dans lesquels les dérivés de plomb sulfatés, pour la plupart des sulfates et des sulfures, sont réduits en plomb par voie thermique; ces procédés présentent, cependant, de graves inconvénients: d'une part, la nécessité pyrometallurgical derivatives, in which sulphated lead derivatives, mostly sulphates and sulphides, are reduced to lead by heat; these processes have, however, serious disadvantages: on the one hand, the need
d'utiliser des réactifs, comme le fer ou les cendres de pyri- use reagents, such as iron or pyrolysis
tes, ou des scorifiants, comme la soude ou la chaux, à des températures élevées et, d'autre part, le fait qu'un fort pourcentage du soufre présent dans les matières de départ se transforme en gaz sulfureux nocifs qui, s'ils sont évacués dans l'atmosphère, provoquent des dommages écologiques Dans soda ash or lime at elevated temperatures and, on the other hand, the fact that a high percentage of the sulfur present in the starting materials is converted into harmful sulphurous gases which, if are vented to the atmosphere, cause ecological damage in
ces conditions, il devient nécessaire de prévoir des équipe- these conditions, it becomes necessary to provide
ments d'épuration dans lesquels les gaz sulfureux à évacuer in which the sulfur gases to be discharged
sont soumis à un lavage, par exemple avec des solutions alca- are washed, for example with alkaline solutions
lines, à base de chaux, ou ammoniacales Or, il est clair que ces équipements constituent une lourde charge qui pèse sur les coûts de construction et de fonctionnement de ce type lines, based on lime, or ammoniacal It is clear that these equipments constitute a heavy load which weighs on the construction and operating costs of this type.
d'installations de récupération et, par conséquent, une limi- recovery facilities and, therefore, a
te importante pour cette technologie. important for this technology.
Pour atteindre les mêmes buts indiqués ci-dessus, il exis- To achieve the same goals mentioned above, there is
te également d'autres procédés connus, tels ceux décrits dans les brevets U S A 3 883 348 et 4 118 219 Il s'agit de also other known methods, such as those described in U.S. Patents 3,883,348 and 4,118,219.
procédés dans lesquels les matières contenant du plomb sulfa- processes in which the sulfa lead-containing materials
te sont traitées avec une solution de carbonate d'amnonium pour obtenir du carbonate de plomb et du sulfate d'ammonium, ce dernier étant récupéré pour être employé comme fertilisant Cependant, les inconvénients suivants sont typiques de ces procédés: dégagements de gaz ammoniac, et par conséquent nocivité des They are treated with a solution of ammonium carbonate to obtain lead carbonate and ammonium sulphate, the latter being recovered for use as a fertilizer. However, the following disadvantages are typical of these processes: releases of ammonia gas, and therefore harmful to
conditions du traitement, et nécessité de disposer d'équipe- treatment conditions, and the need for
Ments adéquats pour concentrer les solutions de sulfate ammoni- Suitable for concentrating ammonium sulphate solutions
que et pour récupérer les réactifs, d'o aspect négatif de that and to recover reagents, o negative aspect of
ces procédés du point de vue économique. these processes from the economic point of view.
Le RI 8123 du Bureau of Mines (USA dep of Interior) dé- RI 8123 of the Bureau of Mines
crit l'emploi d'hydroxyde de calcium pour convertir le plomb writes the use of calcium hydroxide to convert lead
sulfate en plomb hydrate Il se forme simultanément du sulfa- sulphate of lead hydrates Sulfate
te de calcium insoluble et il faut donc réaliser une fusion réduisant le mélange obtenu en présence d'une grande quantité de fondant, par exemple un mélange de chlorure de sodium et of insoluble calcium and it is therefore necessary to perform a melting reducing the mixture obtained in the presence of a large amount of flux, for example a mixture of sodium chloride and
chlorure de potassium.potassium chloride.
Même si la température à laquelle a lieu cette réduction est basse, la grande quantité de substance à fondre fait que le procédé n'est pas réellement intéressant; de plus, d'autres Even if the temperature at which this reduction takes place is low, the large quantity of substance to be melted makes the process not really interesting; moreover, others
traitements sont nécessaires pour la récupération des fon- treatments are necessary for the recovery of
dants.dent.
Dans le brevet anglais 1 535 025 est décrite la dissolu- In British Patent 1,535,025 the dissolution is described.
tion d'une "masse" contenant des oxydes et des sulfates de plomb dans un électrolyte alcalin, en présence de sucre pour complexer le plomb; la solution ainsi obtenue est soumise à a "mass" containing oxides and lead sulfates in an alkaline electrolyte, in the presence of sugar to complex lead; the solution thus obtained is subject to
électrolyse à anodes insolubles pour récupérer le plomb mé- electrolysis with insoluble anodes to recover the lead
tallique. Ce procédé est également plutôt compliqué et onéreux du Metallic. This process is also rather complicated and expensive
point de vue économique.economic point of view.
Le brevet U S A 4 018 567 concerne un appareillage plutôt U.S. Patent No. 4,018,567 relates to an apparatus rather
complexe pour la séparation des divers composants des batte- complex for the separation of the various components of the bat-
ries acides au plomb.lead acid.
Pour constituer avec les particules les plus fines de la masse active de la batterie le milieu dense nécessaire pour obtenir le flottement des composants plus légers, comme les bacs et les séparateurs, et le dépôt au fond des composants métalliques, comme la grille ponts-bornes, ce brevet utilise To form with the finest particles of the active mass of the battery the dense medium necessary to obtain the floating of lighter components, such as bins and separators, and the deposition at the bottom of metal components, such as the grid terminal bridges , this patent uses
une solution de carbonate sodique Ce brevet décrit essentiel- sodium carbonate solution This patent essentially describes
lement un dispositif complexe de séparation hydromécanique des différents composants en jeu, mais ne donne pas d'indications a complex device for the hydromechanical separation of the various components involved, but does not give any indications.
suffisantes sur la manière de rendre le système de récupéra- sufficient information on how to make the recovery system
tion des composants économiquement avantageux, comme pourrait l'être un procédé qui, outre une récupération satisfaisante du métal, assurerait en même temps une récupération complète economically advantageous components, as could be a process which, in addition to a satisfactory recovery of the metal, would at the same time ensure complete recovery.
et avantageuse des composants sulfatés, évitant ainsi égale- and advantageous sulfated components, thereby also avoiding
ment les dommages écologiques produits par leur dispersion environmental damage caused by their dispersion
dans l'atmosphère.in the air.
On voit donc comment les procédés utilisés jusqu'ici pour la récupération de plomb métallique, à partir de ses dérivés sulfatés, posent de graves problèmes, surtout en ce qui con- It can thus be seen that the processes hitherto used for the recovery of metallic lead from its sulphated derivatives pose serious problems, especially with regard to
cerne la nocivité et le caractère anti-économique des condi- the harmful and uneconomic nature of the conditions
tions de traitement.treatment.
La présente invention se propose de résoudre les problè- The present invention proposes to solve the problems
mes inhérents aux procédés techniques connus dans ce secteur. my inherent technical processes known in this sector.
Pour atteindre cet objectif, elle propose un procédé de traite- To achieve this goal, it proposes a method of
ment des composés de plomb sulfatésen particulier de ceux provenant des batteries épuisées, caractérisé par le fait qu'il comprend les phases suivantes: lixiviation des dits sulfated lead compounds, particularly those from spent batteries, characterized in that it comprises the following phases: leaching of said
composés sulfatés avec du carbonate sodique en solution aqueu- sulfated compounds with sodium carbonate in aqueous solution
se; séparation par filtration du précipité de carbonate de is; separation by filtration of the carbonate precipitate
plomb ainsi formé du sulfate sodique resté en solution; ré- lead thus formed sodium sulphate remained in solution; re-
duction du carbonate de plomb en plomb métallique; sépara- production of lead carbonate as metallic lead; separation
tion du sulfate sodique par cristallisation des solutions filtrées, et recyclage des eaux mères de la cristallisation sodium sulphate by crystallization of the filtered solutions, and recycling of mother liquors from the crystallization
vers la phase de lixiviation.to the leaching stage.
L'invention concerne également une installation pour mettre en pratique le procédé défini ci-dessus, comprenant essentiellement: un réacteur pour effectuer une lixiviation The invention also relates to an installation for practicing the process defined above, essentially comprising: a reactor for leaching
desdits composants de plomb sulfatés avec du carbonate sodi- said sulphated lead components with sodium carbonate
que; des moyens pour fournir les réactifs; des moyens pour effectuer une filtration de la solution sortant du réacteur; un four pour la réduction thermique du carbonate de plomb than; means for providing the reagents; means for effecting filtration of the solution exiting the reactor; an oven for the thermal reduction of lead carbonate
permettant d'obtenir du plomb métallique; des cuves de cris- to obtain metallic lead; tanks of cris
tallisation pour séparer le sulfate sodique des solutions filtrées; et des moyens pour recycler les eaux mères de la filtration to separate sodium sulfate from filtered solutions; and ways to recycle mother waters from the
cristallisation vers ledit réacteur. crystallisation to said reactor.
Pour faciliter la compréhension des caractéristiques et To facilitate the understanding of the characteristics and
des avantages de l'invention, nous donnons ci-après la des- advantages of the invention, hereinafter we give the description
cription d'un exemple de réalisation en nous référant au dessin ci-joint qui représente un diagramme schématique du description of an exemplary embodiment with reference to the attached drawing which represents a schematic diagram of the
procédé selon l'invention.process according to the invention.
Comme le montre ce diagramme, une "masse" provenant de batteries épuisées et contenant principalement du sulfate de plomb ( 11) est chargée dans un réacteur ( 12), par exemple une cuve munie de moyens de chauffage et d'agitation, lequel est alimenté à partir de ( 13) et ( 14) avec une solution aqueuse de Na 2 Co 3 d'une concentration moyenne La "masse" chargée en ( 12) est obtenue par séparation des composants des batteries à l'aide d'un quelconque moyen adéquat, par exemple un de As shown in this diagram, a "mass" from depleted batteries containing mainly lead sulphate (11) is charged in a reactor (12), for example a tank equipped with heating and stirring means, which is fed from (13) and (14) with an aqueous solution of Na 2 Co 3 of average concentration The "mass" loaded at (12) is obtained by separating the battery components by any means adequate, for example one of
ceux décrits dans les brevets U S A 3 456 886 et 3 614 003. those described in U.S. Patents 3,456,886 and 3,614,003.
Dans le réacteur ( 12), maintenu à une température de 30 à 400 C et en agitation pendant 1 heure environ, a lieu la phase de lixiviation avec la réalisation d'une réaction de double échange entre les sels réactifs et formation de carbonate de plomb, sous forme d'un précipité insoluble, et de sulfate sodique, extrêmement soluble dans l'eau chaude et qui, par In the reactor (12), maintained at a temperature of 30 to 400 ° C. and stirred for approximately 1 hour, the leaching phase takes place with the realization of a double exchange reaction between the reactive salts and the formation of lead carbonate. , in the form of an insoluble precipitate, and of sodium sulphate, extremely soluble in hot water and which, by
conséquent, reste en solution La réaction terminée, le mé- therefore, remains in solution. The reaction is complete, the
lange ainsi obtenu est envoyé à la phase de filtration ( 15), par exemple à un filtre-presse, pour séparer le précipité de la solution A la sortie de cette phase, on obtient en ( 16) The mixture thus obtained is sent to the filtration phase (15), for example to a filter press, to separate the precipitate from the solution. At the exit of this phase, (16)
un solide contenant les dérivés, principalement du plomb car- a solid containing the derivatives, mainly lead
bonate, de la charge de plomb provenant de ( 11) Ce solide est séché en ( 17) et envoyé à la phase de réduction dans le four ( 18), lequel est alimenté avec le charbon nécessaire The solid is dried at (17) and sent to the reduction stage in the furnace (18), which is fed with the necessary coal.
( 4 %) à partir de ( 19).(4%) starting from (19).
Du four de réduction, maintenu à environ 9000 C pendant Reduction furnace, maintained at about 9000 C during
1 heure, est extrait le plomb métallique brut ( 20) La solu- 1 hour, the crude metal lead is extracted (20).
tion filtrée ( 21) provenant du filtrage réalisé en ( 15) con- filter (21) from the filtering performed in (15)
tient le sulfate sodique produit et le carbonate sodique non transformé dans la phase de lixiviation Cette solution est recueillie dans des cuves de cristallisation ( 22) o, par simple refroidissement jusqu'à la température ambiante, a lieu la formation de cristaux de sulfate sodique décahydraté Cette cristallisation achevée, les eaux mères ( 23) provenant de ( 22) This solution is collected in crystallization tanks (22) where, by simple cooling to room temperature, the formation of sodium sulphate crystals decahydrate takes place. This crystallization completed, the mother liquors (23) from (22)
sont recyclées au réacteur ( 12) pour les opérations suivantes. are recycled to the reactor (12) for subsequent operations.
Les cristaux de sulfate sodique provenant des cuves ( 22) sont essorés par centrifugation en ( 24), recueillis en ( 25) et soumis en ( 26) à un séchage dans un courant d'air à basse The sodium sulphate crystals from the tanks (22) are dewatered by centrifugation at (24), collected in (25) and subjected in (26) to drying in a low air stream.
température, ce qui permet d'obtenir un sulfate sodique anhy- temperature, which makes it possible to obtain an anhydrous sodium sulphate
dre d'une grande pureté, prêt pour l'emploi en malterie ou high purity, ready for use in malting or
dans l'industrie du verre, qui n'a pas besoin d'autres trai- in the glass industry, which does not need other
tements de purification.purification.
Le procédé décrit permet de convertir les composés de plomb sulfatés de départ en deux produits de récupération de haute qualité, tels le plomb métallique brut et le sulfate sodique anhydre pur, sans poser aucun des problèmes indiqués précédemment inhérents à la technique courante appliquée dans The process described makes it possible to convert the starting sulphated lead compounds into two high quality recovery products, such as crude metal lead and pure anhydrous sodium sulphate, without posing any of the problems indicated previously inherent to the current technique applied in
ce secteur.that sector.
La conversion presque complète du plomb de charge en ses The almost complete conversion of lead charge into its
dérivés non sulfatés, principalement Pb CO 3, permet de réali- non-sulphated derivatives, mainly Pb CO 3, makes it possible to
ser une réduction dans le four avec des températures et des temps de réaction sensiblement inférieurs à ceux des procédés connus de réduction de sulfate (ou sulfure) de plomb, sans a reduction in the furnace with temperatures and reaction times significantly lower than those of known sulphate (or sulphide) reduction processes without
exiger, en outre, l'utilisation de fondants ou de scorifiants. require, in addition, the use of fluxes or slagpers.
Par rapport aux méthodes pyrométallurgiques connues, on peut dire que le procédé selon l'invention permet d'augmenter Compared with known pyrometallurgical methods, it can be said that the process according to the invention makes it possible to increase
de 15 % environ la productivité du four de réduction, d'allon- about 15% the productivity of the reduction furnace, of allon-
ger de 60 % environ la durée des réfractaires du four, de ré- approximately 60% of the refractory life of the oven,
duire de 65 % environ les fumées et les scories, de 50 % en- about 65% of the fumes and slag, 50%
viron les pertes de plomb par dispersion dans les fumées et loss of lead by dispersion in the fumes and
les scories et, enfin, de 30 % environ les consommations éner- slag and, finally, about 30% energy consumption.
gétiques.Getic.
Surtout, le procédé de l'invention, en prévoyant la con- Especially, the method of the invention, providing for the
version totale des dérivés de plomb sulfatés en plomb carbo- total version of lead sulphate lead derivatives
nate avant la phase de réduction, élimine, au cours de cette dernière, l'émission de gaz sulfureux qui, par contre, se produit inévitablement avec les procédés o la réduction est effectuée sur des dérivés de plomb contenant du soufre Le before the reduction phase, eliminates, during the latter, the emission of sulfurous gas, which, on the other hand, inevitably occurs with the processes where the reduction is carried out on sulfur-containing lead derivatives.
oufre de départ, non seulement n'est pas dispersé dans l'at- departure, not only is it not dispersed in the
mosphère sous forme de gaz nocifs, mais est à son tour con- in the form of harmful gases, but is in turn
verti en un composé d'une grande pureté, c'est-à-dire en sulfate sodique, dont la valeur commerciale est suffisante verti in a compound of high purity, that is to say in sodium sulphate, the commercial value of which is sufficient
pour couvrir les coûts de cycle pour le réactif. to cover the cycle costs for the reagent.
Un autre avantage considérable du procédé de l'invention, c'est que le sulfate sodique sortant du cycle, du fait qu'il Another considerable advantage of the process of the invention is that the sodium sulfate leaving the cycle, because it
cristallise avec 10 moles d'eau pour chaque mole de sel, ré- crystallizes with 10 moles of water for each mole of salt,
duit de façon importante la quantité d'eau en jeu, ce qui significantly reduces the amount of water involved, which
favorise le recyclage des eaux mères du traitement et dimi- promotes the recycling of the mother liquors from the treatment and
nue considérablement toute possible pollution hydrique autour naked considerably any possible water pollution around
de l'installation.of the installation.
On peut donc affirmer que le procédé de l'invention per- It can therefore be said that the process of the invention allows
met de réaliser une récupération du plomb contenu dans des résidus plombifères sulfatés avec des pertes de métal minimes, un rendement économique optimal et en réduisant de manière appréciable tout risque de pollution de l'environnement. undertakes a recovery of lead contained in sulphated lead-bearing residues with minimal metal losses, an optimal economic return and significantly reducing any risk of environmental pollution.
La présente invention apporte donc une "technologie pro- The present invention thus provides a "technology for
pre" pour le traitement de tous les composés de plomb sulfatés. pre "for the treatment of all sulphated lead compounds.
Le procédé ici décrit peut être utilisé non seulement pour les "masses" et les boues provenant des batteries épuisées, The method described herein may be used not only for "masses" and sludges from spent batteries,
mais aussi pour le traitement des fumées et des minerais sul- but also for the treatment of fumes and sulphides
furés de plomb, après sulfatation du matériel à traiter Il leaded, after sulfation of the material to be treated
est clair que la forme de réalisation pratique décrite ci- It is clear that the practical embodiment described above
dessus ne constitue qu'un exemple; dans l'esprit des princi- above is only one example; in the spirit of the
pes de base de l'invention, de nombreuses variantes, portant aussi bien sur le traitement que sur l'installation prévue pour le réaliser, peuvent être adoptées par l'expert en cette technique, sans pour autant sortir du cadre essentiel de ce brevet. According to the invention, many variations, both on the treatment and on the installation intended to achieve it, can be adopted by the expert in this technique, without departing from the essential framework of this patent.
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