\documentclass[class=book,preview=false,crop=false]{standalone}

\usepackage{../../fiche}

\begin{document}
\chapter{Du minerai au métal}

\section*{Ressources utilisées}
\begin{itemize}
\item Wikipédia
\item Voir les BUP, les « Une vie de [élément] »
\item L'élémentarium pour des données par élément
\item T\& D PC/PC* \textsc{Grécias}
\end{itemize}

\section*{Éléments imposés envisageables}
Hydrométallurgie du zinc ; extraction de [élément] ; élaboration de [élément : fer, aluminium] ; ... ; purification de métaux ;

\section*{Introduction}
\pedagogie{Leçon placée en fin L2 ou en L3.
  Il s'agit d'une sorte d'introduction aux cours qui suivraient sur la métallurgie (pyro/hydro).

  Fils rouges possibles : sur l'extraction du zinc ou l'extraction de l'aluminium dans la bauxite (que l'on pourra alors voir réellement en TP !).}

Les métaux existent rarement sous leur forme solide pure à l'état naturel.
La plupart du temps, pour utilisation, ils sont extraits de minerais.

Un minerai est une roche contenant des minéraux (oxydes, sulfures, carbonates, silicates) utiles en proportion suffisamment intéressante pour en justifier l'exploitation.
Ils nécessitent une transformation pour être utilisés par l'industrie. (\textit{Wikipédia})

\section{Traitement des minerais}
\subsection{Traitements physiques}
\exemple{Flottation de la blende pour éliminer la gangue.}
Le minerai contenant le zinc (20\%) est constitué de blende \ce{ZnS} mais aussi de ce qu'on appelle une gangue, constituée de calcite \ce{CaCO3} et de dolomie \ce{MgCO3} qu'il convient d'éliminer pour enrichir le minerai en zinc.
Cela est réalisé par flottation : le minerai est finement broyé (\SI{0.1}{\milli\meter}) en une poudre mise en suspension dans de l'eau et certains adjuvants (\ce{CaO} pour ajuster le pH, tensioactifs pour obtenir des mousses) avec insufflation d'air.
Les différents constituants ayant des propriétés de mouillage différents, la blende se trouve entraînée par les bulles d'air insufflé, flottant à la surface, pendant que la gangue précipite.

On obtient alors un concentré de blende, à hauteur de 40 à 60\% en zinc.
\subsection{Traitements chimiques}
Le précédent traitement était purement physique ; d'autres traitements sont nécessaires, ceux-là étant chimiques, et peuvent varier en fonction de la suite du procédé.
Ces traitements permettent de purifier la blende (ou la calcine ensuite) obtenue pour se débarasser peu à peu des autres métaux.
\subsubsection{Grillage de la blende}
\begin{equation}
  \ce{ZnS(s) + \frac{3}{2}O2(g) \rightarrow ZnO(s) + SO2(g)}
\end{equation}
\remarque{On a $\Delta_rG\sstate = -439,1 + 0.073 T$ en \si{\kilo\joule\per\mole}.}
Les possibles autres sulfures sont également oxydés ; la plupart sont éliminés sous la forme d'un laitier liquide (\ce{PbO, CdO, FeO}).

Choix industriel : le concentré est chauffé dans un courant d'air ; vers \SI{700}{\celsius}, on observe le phénomène d'allumage, lorsque la réaction d'oxydation s'amorce.
La réaction est exothermique, la température peut alors dépasser \SI{1000}{\celsius}.
\remarque{Il existe des réactions parasites (obtention de \ce{ZnSO4} ou \ce{SO3}, la première n'intervenant pas dans le domaine de température étudié, la seconde étant utilisée pour la formation d'acide sulfurique...).}

Après cette première étape, on peut continuer la métallurgie du zinc de deux façons : soit directement passer au procédé de pyrométallurgie (la calcine est réduite en zinc solide) ; soit continuer le traitement pour aller vers le procédé d'hydrométallurgie (privilégié dans l'industrie).

\remarque{La pyrométallurgie n'est pas privilégiée car il s'agit d'un traitement thermique et donc coûteux.}
\subsubsection{Autres traitements : lixiviations et cémentation}
\begin{description}
\item[Lixiviation acide] L'étape de lixiviation (acide, neutre) consiste en la solubilisation de l'oxyde de zinc sous forme d'ion \ce{Zn^{2+}} dans une solution aqueuse.
\item[Lixiviation neutre] Formation de \ce{Fe(OH)3(s)}...
  \remarque{Insister sur la nécessiter de séparer le zinc du reste : si passe au zinc solide, on aura aussi passé tous les autres métaux dissous en solides, pas souhaitable.}
\item[Cémentation] On appelle cémentation la réduction d'un cation métallique par un métal.
  Consiste à utiliser les propriétés rédox (caractère réducteur du zinc solide) pour réduire le cuivre dissou en cuivre solide (amenant par la même à d'autres ions \ce{Zn^{2+}}...).
  (On montre ça avec le diagramme E-pH ou les courbes i-E.)
\end{description}
Ces trois derniers traitement concernent en réalité directement le procédé d'hydrométallurgie du zinc.

\section{Vers l'obtention des métaux}
\subsection{Hydrométallurgie}
Électrolyse du zinc... voir BUP « Une vie de zinc ».
\subsection{Pyrométallurgie}
Choix du réducteur : on se base sur le diagramme d'\textsc{Ellingham}.
Le dihydrogène est un réducteur gazeux, non polluant (\ce{H2O/H2}) mais cher, on préfère en général utiliser le monoxyde de carbone, peu coûteux (\ce{CO2/CO}).

\section*{Conclusion}
Conclure sur les deux types de métallurgie pour le zinc, ouvrir sur ce qui se fait pour d'autres métaux : cuivre, aluminium...
Ouvrir vers la pyrométallurgie étudiée plus en détail dans un prochain cours ; l'hydrométallurgie étudiée conceptuellement avec les outils de L2...

\end{document}