Brevet FR2194793A1 — publié le 19740301

La présente invention concerne la séparation et la récupération des ions de métaux des solutions, et plus particu lièrement un procédé et un appareil perfectionnés pour récupérer sélectivement des ions métalliques spécifioues à partir d'une solution aqueuse, Différents ions de métaux peuvent être soumis à une série d'étapes d'électrolyse conduites à différentes tensions pour obtenir la séparation et la récupération sélectives de chaque constituant métallisue. Ces processus sont fréquemment utilisés pour récupérer le cuivre, l'étain, le plomb et lesmétaux nobles à partir des minerais. Les procédés utilisés jusqu'ici pour la séparation des métaux à partir de solutions aqueuses par électrolyse fractionnée sont le plus souvent inefficaces et demandent du temps. La présente invention a pour objet un procédé perfectionné pour séparer et récupérer les métaux à partir de solutions par électrolyse fractionnée. L'invention a aussi pour objet un appareil pour la récupération électrolytique collective des ions de métaux à partir de solutions aqueuses, cet appareil ayant un fonctionnement efficace et étant d'une fabrication peu conteuse. Conformément à l'invention, le procédé pour séparer et récupérer des métaux d'une solution Contenant deux ou plus de deux métaux, consiste à: (a) soumettre la solution d ions métalliques à plusieurs étapes d'électrolyse, chaque étape étant conduite en présence d'une électrode en carbone demi-conductrice et avec la tension nécessaire pour la précipitation de l'un des métaux dans le garnissage en carbone, et (b) à séparer le garnissage formant l'électrode en particules de la solution. Chaque étape d'électrolyse comporte le passage d'un courant électrique entre une cathode et une anode à travers un électrolyte constituant une solution aqueuse d'un ou plusieurs sels des métaux, I'électrolyte contenant une charge ou garnissage de particules de carbone. Les métaux peuvent être sélectivement et efficacement récupérés de la solution aqueuse en soumettant la solution à une série d'étapes d'électrolyse conduites avec des tensions croissant progressivement en présence de lits --------------- d'électrodes en particules. Les métaux présents dans la solution sont déposés électrolytiquement sur les lits d'électrodes en particules. La récupération des métaux implique l'enlèvement des lits d'électrodes des cuves d'électrolyse, après quoi tes métaux peuvent être séparés de ces lits. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe verticale schématique d'une cuve d'électrolyse utilisée selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, et la figure 3 représente schématiquement une série de cuves du type représenté sur la figure 1. a figure 1 représente en coupe une cuve d'électrolyse telle que celle décrite dans le Brevet des Etats zanis d'Amérique N03.316.256 pouvant être utilisée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La cuve d'électrolyse de la figure 1 comporte un récipient 1 dans lequel est placée une électrode centrale 2 en forme de plaque, Le récipient -1 contient un électrolyte 3 ccntenant les ions métalliques à récupérer ainsi qu'une charge de matière en particules 4. Le récipient 1 est connecté à une source de courant par un conducteur 5. L'électrode centrale 2 est connectée à la source de courant par un conducteur 6.Les conducteurs 5 et 6 sont connectés à une source de courant 7 qui peut etre une source de courant continu pouvant etre formée par une batterie ou un dispositif redresseur. Ainsi que le montre la figure 2, qui est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, les particules 4 formant une électrode remplissent sensiblement l'espace compris entre l'électrode centrale 2 et les parois du récipient 1 La figure 3 représestetrois cuves, chacune du type de la cuve représentée sur lo figure 1. Cependant il doit etre noté que le procédé selon l'invention peut être utilisé avec n'importe quel nombre de cuves supérieur à deux. Sur la figure 1 la première cuve comporte une électrode centrale 11. La solufraiche d'électrolyte arrive dans la cuve 1 à travers une cana lisation 12. Un conducteur électrique 13 est connecté au récipient 10 de la cuve et un conducteur électrique 14 est connecté à l'électrode centrale 11. La seconde cuve 20 de la figure 3 comporte une électrode centrale 21 et un conduit 22 fait communiquer en série la première cuve 10 et la seconde cuve 20 pour le passage de l'électrolyte. Des conducteurs électriques 23 et 24 sont connectés respectivement au récipient de la cuve et à l'électrode centrale. Une différence de potentiel V1 est établie entre les conducteurs 13 et 14, et une différence de potentiel Y2 est établie entre les conducteurs 23 et 24. La troisième cuve en série 30 comporte une électrode centrale 31, et elle est reliée en série à la cuve 20 par une canalisation 32. L'électrode centrale et le récipient de la cuve 30 sont connectés respectivement à la source de courant par des conducteurs 34 et 35. Une différence de potentiel V3 est établie entre les conducteurs 33 et 34. L'électrolyte épuisé sort de la cuve 30 à travers une canalisation 35. Pour le fonctionnement, la cuve représentée sur la figure 1 est charge d'une matière en particules A. La matière en particules 4 est en général formée de granulés ou de pastil les de carbone ayant une forme allongée et une longueur de l'or- dre de 2 à 5 mm environ. Les dimensions en section transversale des particules longues sont approximativement d'au moins 1 mm aussi bien verticalement qu'horizontalement. Les cuves d'électrolyse 10, 20 et 30 de la figure 3 contiennent la meme matière d'électrode en particules que celle représentée sur les figures i et 2. La solution d'ions métalli aues devant être traitée arrive dans la première cuve de la figure 3 à travers la canalisation 12. Une tension appropriée est appliquée aux conducteurs électriques 13 et 14 de la cuve 10. Comme il a été indiqué ci-dessus, cette tension est V1. La séparation du premier ion métallique de la solution a lieu dans la cuve 10, les ions étant déposés sur les surfaces de l'électrode en particules. La solution d'électrolyte dont les ions du premier métal ont été séparés, passe ensuite de la cuve 10 à la cuve 20 à travers la canalisation 22. Dans la cuve 20, une opération similaire à celle décrite pour la cuve 10 a lieu, mais cependant la tension V2 est réglée pour la séparation du second élément métallique. Après la séparation du second métal, la solution d'électrolyte passe de la cuve 20 à la cuve 30 à travers la canalisation 32. La séparation du troisième métal a lieu de façon similaire dans la cuve 30 par un réglage approprié de la tension V3. Après la récupération du troisième métal, la solution peut être traitée pour extraire un quatrième, un cinquième, un sixième métal, et ainsi de suite, ou bien si la solution contient seulement trois métaux à extraire, la solution épuisée sort par la canalisation 30 et peut être rejetée ou être recyclée de n'importe quelle façon désirée. Les particules de carbone utilisées par le procédé selon l'invention sont chargées d'une façon suffisamment libre pour que quand les particules se trouvent dans l'électrolyte elles forment seulement un conducteur faible. Les particules ne doivent pas être suffisamment resserrées pour former un conducteur établissant un courtcircuit entre la cathode et l'anode. De cette façon, chaque particule de carbone constitue une électrode pour le dépôt du métal à partir de la solution. Les particules ont de préférence une section transversale d'au moins 1 x 1 mm et des longueurs supérieures à 1 mm. Les solutions pouvant etre traitées par le procédé selon l'invention peuvent contenir un grand nombre d'éléments similaires ou différents. Par exemple, les solutions peuvent contenir plusieurs éléments des terres rares tels que Ce, La et autres devant être séparés. En variante, les solutions peuvent contenir différents types ou groupes d'ions métalliques, par exemple de cuivre, de métaux nobles, de nickel et autres. Les tensions utilisées pour les différentes étapes de séparation dépendent de la nature de l'ion à récupérer dans une étape particuliere. En général, il est constaté que des solutions diluées de cations de métaux peuvent etre traitées très efficacement en utilisant te procédé selon 1'invention. L'invention est illustrée plus particulièrement par l'exemple suivant. EXEMPLE Suivant cet exemple, un équipement similaire à celui représente sur la figure 3 est utilisé, cet équipement comportant des cuves d'électrolyse du type représenté sur les figures 1 et 2. Le récipient de la cuve est en acier inoxydable et i a une dimension longitudinale d'environ 30 cm. Les dimensions en section transversale sont d'environ 15 x 15 cm. L'électrode centrale est une plaque en acier inoxydable. Suivant cet exemple trois cuves sont connectées en série par des canalisations de la façon représentée sur la figure 3. Les cuves sont chargées de particules de carbone formant une électrode, ces particules de carbone ayant une longueur d'environ 3 mm et en section transversale approximativement 1 x 1 mm.Les cuves sont remplies d'une solution de chlorures de terres rares contenant approximativement 30% de La, 50% de Ce et 20 de chiorures d'autres terres rares. Une tension d'environ 3,2 V est établie sur les électrodes de la cuve 10 ou première cuve (tension V1) pour récupérer l'europium, l'yttrium, le néodyme et le praséodyme. La tension V2 est de 3,34 V pour récupérer le cérium et la tension V3 est de 3,4 V pour récupérer le lanthane. La solution de chlorures de terres rares est pompée à travers les cuves avec un débit d'environ 500 ml/mn. II est constaté qu'après deux heures de fonctionnement à la température d'environ 250C le lanthane est déposé sur les particules de carbone de la cuve N03 (30), le cérium est déposé sur les particules de carbone de la cuve N02 (20) et le reste des terres rares est déposé sé sur les particules de carbone de la cuve N01 (10). Bien entendu, la description aui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. k EV END ICAT IONS 1. Procédé pour séparer et récupérer des métaux contenus dans une solution contenant deux ou plus de deux métaux caractérisé par la soumission de la solution à plusieurs étapes d'électrolyse, chaaue étape étant conduite en présence d'une charge de particules de carbone formant une électrode demi-conductrice, et avec la tension voulue pour la précipitation de l'un des métaux sur les particules de carbone, et la séparation des particules de carbone de la solution. 2. Procédé selon la Revendication 1 caractérisé en ce que dans chaque étage d'électrolyse un couvant est passé entre une cathode et une anode et à travers un électrolyte constitué par une solution aqueuse d'au moins un sel d'au moins l'un des métaux, I'électrolyte contenant une charge demi-conductrice formée par les particules de carbone. 3. Procédé selon i'une des Revendications 1 et 2 caractérisé par l'utilisation de particules formant des électrodes sous la forme de particules longues de carbone ayant en section transversale une dimension d'au moins 1 x 1 mm. 4. Procédé selon l'une des Revendications 1 à 3 caractérisé par l'électrolyse d'une solution contenant un mélange d'ions des terres rares. 5. Procédé selon l'une des Revendications 1 à 3 caractérisé par t'électrolyse d'une solution contenant un mélange d'ions des métaux nobles. 6. Appareil pour séparer et récupérer des métaux d'une solution, caractérisé par plusieurs cuves d'électrolyse connectées en série par des canalisations, une cathode et une anode espacées dans chaaue cuve et connectées pour l'application de la tension voulue à la cuve, une charge en particules formant une électrode remplissant l'espace entre les électrodes et un dispositif pour l'envoi et l'évacuation de l'électrolyte à travers la série de cuves. 7. Appareil selon la Revendication 6 caractérisé en ce que la charge formant une électrode est constituée par des particules de carbone. 8. Appareil selon la Revendication 7 caractérisé en ce aue la charge de particules formant l'électrode est formée de particules ayant en section transversale une dimension d'au moins 1 x 1 mm et une longueur supérieure à la dimension trans versale. 9. Appareil selon l'une des Revendications 6 à 8 caractérisé par au moins trois cuves connectées en série.