minerai de nickel

BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES
74, rue de la Fédération - 75-Paris (15ème) - Tél. [phone]
DIRECTION DES RECHERCHES MINIÈRES ET DES TRAVAUX A L'ÉTRANGER
MINERAI DE NICKEL
(Nouvelle-Calédonie)
Récupération du nickel
par electrolyse en saumure ammoniacale
par
G. BONNIVARD R. CARLY
69 RME 028VDM
Département Valorisation des Minerais
Boite postale 818 - 45-Orléans-La Source
Tél. 87-05-06
JUIN 1969

TABLE des MATIERES
Pages
RESUME
NOTIONS FONDAMENTALES D'ELECTRO-CHIMIE
1.1. Dissociation électrolytique
1.2. Unités électrochimiques
1.3. Origine de la force électro-motrice
1.4. Potentiel des semi-piles
1.5. Force contre-électromotrice
ASPECT THEORIQUE DE L'ELECTROLYSE DES COMPLEXES
AMMONIACAUX DU NICKEL
2.1. Formation des nickel-ammines
2.2. Electrolyse des nickel-ammines
RESULTATS EXPERIMENTAUX DE L'ELECTROLYSE DU NICKEL
EN SAUMURE AMMONIACALE '....
3.1. Description de l'appareillage
a) dispositif d'électrolyse
b) mesures
3.2. Comportement de l'ammoniac au cours de 1'electrolyse
3.3. Influence de la différence de potentiel sur l'extrac-
tion du nickel
CALCULS ENERGETIQUES
4.1. Rendement de courant
4.2. Consommation énergétique
CONCLUSIONS
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Bibliographie.42
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Table des Matières
Pages!
Tableau 1
Tableau 2
Série électromotrice ou série des
potentiels normaux
Comportement de l'ammoniaque lors
de 1'electroly se
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Origine de la force électromotrice
Courbe caractéristique de surtension
Formation des nickel-ammines N
Potentiel réversible d'une électrode à
hydrogène
Potentiels d'électrode des ions
l\li
+ +
et Ni (I\IH3)Z++
Installation expérimentale
Dissociation de NH40H à 18°C....
Pression partielle de IMH3
Influence de la tension sur la quantité de
nickel déposée
Rendement de courant
Consommation énergétique globale à
diverses tensions
Consommation énergétique moyenne à diverses
tensions
Densité de courant à diverses tensions
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R E S U M
Dans le cadre de l'Etude Générale des Latérites, nous avons particuliè-
rement développé le procédé de réduction sélective suivi de lixiviation ammo-
niacale. Après un traitement thermique en présence de gaz réducteur, l'oxyde
de nickel contenu dans le minerai est entièrement réduit à l'état de nickel
métallique dispersé dans une gangue principalement constituée d'oxyde de fer.
Le minerai grillé et refroidi est ensuite soumis à un lavage méthodique
avec une solution contenant environ 10 % d'un mélange d'ammoniaque et de car-
bonate d'ammonium. Au cours de cette lixiviation, le nickel se dissout progres-
sivement et d'une façon très sélective. Les solutions obtenues contiennent à
peu près uniquement du nickel - sous forme d'un complexe - et occasionnellement
un peu de cobalt qu'on peut éliminer par divers procédés.
La récupération du nickel dissous et la régénération de la saumure se
font actuellement par evaporation d'environ la moitié du volume de la solution-
mère. Ceci permet la distillation complète des réactifs ammoniacaux et leur ré-
cupération. Simultanément, les complexes du nickel sont détruits et le nickel
précipite sous forme d'un carbonate hydraté qui doit être retraité ultérieure-
ment. Cette opération classique apparaît assez coûteuse sur le plan thermique
et ne conduit pas directement au nickel métallique.
Nous avons été amenés à étudier les possibilités de récupérer directe-
ment le nickel métallique tout en régénérant suffisamment la solution ammonia-
cale pour son recyclage. La seule voie possible pour réduire les complexes am-
moniacaux est la voie éleetrolytique. La réduction par l'hydrogène sous pres-
sion n'est pas possible pour des solutions ammoniacales aussi peu concentrées.
Sur le plan théorique, nous avons d'abord examiné les conditions élec-
trochimiques de la réduction electrolytique des complexes ammoniacaux du nickel.
Après un rappel des notions indispensables à l'interprétation des phénomènes
électrolytiques , nous avons calculé les potentiels de réduction des divers com-
plexes. Dans le milieu modérément ammoniacal que nous utilisons, il apparaît
immédiatement que tous ces pctentiels sont inférieurs au potentiel de départ
d'hydrogène, et ceci jusqu'à de très faibles concentrations. Il en résulte donc
que la réduction de tous les complexes anmoniacaux du nickel est théoriquement
possible et pratiquement complète avant que ne puisse démarrer la réaction
parasite de départ d'hydrogène dont on sait qu'elle empêche tout dépôt métalli-
que.

Sur le plan experimental, nous avons d'abord confirmé que les réactifs
ammoniacaux ne sont nullement affectés par les phénomènes d'electrolyse. Ceci
conduit donc à une récupération complète et sans dégradation chimique de la
saumure ammoniacale pour une nouvelle lixiviation.
Nous avons ensuite mesuré la vitesse de dépôt cathodique du nickel pour
diverses tensions aux bornes de la cellule d'électrolyse. Tous les essais ont
été effectués avec une solution synthétique de saumure contenant 12,5 g/1 de
nickel dissous.
Nous avons constaté que I1electrolyse doit être effectuée sous une ten-
sion d'environ 2,5 volts pour obtenir une vitesse de dépôt acceptable. Dans
ces conditions, on peut extraire 95 % du nickel dissous en 5 heures . Cette
durée décroît lorsqu'on augmente la tension. Nous avons mis en évidence que le
rendement de courant dépend uniquement de la concentration en nickel quelle que
soit la tension appliquée entre 2,2 et 2,8 volts. Ce rendement décroît réguliè-
rement au fur et à mesure de l'épuisement de la solution.
Parallèlement, nous avons calculé la consommation énergétique nécessaire
pour déposer I kg de nickel» Cette consommation augmente à la fois avec la ten-
sion et avec la baisse du rendement de courant, c'est-à-dire avec l'épuisement
de la solution.
L'ensemble des abaques correspondant à ces divers essais permettra de
déterminer les conditions optimales de 1'electrolyse pour une marche en circuit
continu avec lixiviation réelle d'un minerai réduit.
Il apparaît, d'après nos essais , que l'électrolyse donnera des résultats
d'autant meilleurs que la solution-mère sera plus concentrée. En particulier, il
est exclu d'épuiser totalement le nickel dissous car aux faibles concentrations
( I g/1 ) les consommations énergétiques sont prohibitives ( 10 kWh ) alors
qu'elles demeurent très modérées ( 4 à 5 kVJh ) pour toutes les concentrations su-
périeures à 3 g/1.
Dans la perspective de l'application de ce procédé dans le cycle du trai-
tement des latérites nickélifères, il apparaît comme indispensable de perfection-
ner au maximum le circuit de lixiviation afin d'obtenir des solutions-mères aus-
si riches que possible. Le développement normal de ces études d'électrolyse de-
vra s'effectuer sur des solutions obtenues par lixiviation continue à l'échelle-
pilote d'un minerai réduit dans des conditions semi-industrielles en particulier
dans le réacteur à lit fluidisë qui est parallèlement en cours de mise au point.
G. BONNIVARD R. CARLY
Chef du Service Traitement Chimique Ingénieur au Département V.D.M.
des Minerais