Brevet FR2283962A1 — publié le 19760402

L'invention se rapporte â la récupération de zinc métalli- que i partir des efflaents de la fabrication de la rayonne viscose. La rayonne viscese est fabriquée par filage de la viseose (xanthate de collulese dans de la sonde caustique) qui est amenée dais de l'acide silfiriqie contenait des sels de zinc et autres sulfates métalliques (veir F.D. Lewis, The Chemistry and Technolegy of Rayon Manufacture, 1961). L'utilisation de sels de aine dans la fabrication de la rayenne viseese est bien connue. Ces sels sont utilisés dans le monde entier dans des bains de filage et des bains d'étirage. La rayonne de cellulese régénérée, faite 4e cette façon, contient de grandes quantités de zinc qu'en enlève par lavage et les lavages constituent une source d'effluents. Les rejets des bains de filage acides et les rejets des bail. d'étirage sont d'antres sources d'effluents. Ces effluents peuvent centenir - de l'acide sulfurique ; - du sulfate de sodium ; - di sulfate de ia-siia 3 - des hydrates de carbone, tels que du glueose et d'autres sueres, d'autres produits de la dégradation de la cellose, ete .. ; - des sulfures ; - des xanthates ; - des surfactifs, tels que des sels d'aaoniiî quater- maire, par exemple du bremöre de cétylpyridipiu - du sulfate de zine. Le traitement de ces effluents s'effectue communément de deux façens : a) récupération de selutiens de sulfate de zinc à partir des effluents de baius acides de filage et de bains d'étirage par recristallisation dans le sulfate de sodium on excès et renvoi ai liquide pour une nouvelle utilisation, mais il y a encere des pertes de zine et des rejet. de liquide â cause de la formation d'autres impuretés b) le liquide dilué des lavages et les rejets mentiennés ei-dessus sont traités chimiquement avec du zulfate ferroux qui précipite les sulfares et avec de la chaux qu neutralise l'effluent et précipite le zine sons forme de carbonate basique ; les boues provenant de ce traitement ne sont pas considérées cone nocives et sont déchargées sur la terre, de sorte qu'il n'y a pas récupération de zinc. Selon la présente invention le zinc est récupéré A partir des effluents de viscose par électrolyse. On peut effectuer l'électrolyse en utilisant des conditions classiques d'électremétallisation mais on utilise de préférence une électrode à cylindre tournant à cause de la faible concentration du zinc dans la solution effluente. La cellule électrolytique utilisée peut être une cellule sans membrane lais est de préférence une cellule à membrane. On obtient des rendements améliorés de zinc si l'acidité de l'effluent de viscose électrolysé est faible, par exemple d'un pi entre 4 et 7. Les effluents de viscose ont normalement une forte acidité, par exemple de pi 1 et le pi de l'effluent peut donc être réglé à des valeurs de plus faible acidité pour éviter us rendement médiocre en zinc. Le pi peut Stre réglé avant électrolyse irais il tend & s'abaisser pendant l'électrolyse dans une cellule sans membrane.Un réglage complémentaire pendant l'électrolyse dans une cellule sans neibrane est désirable 'ais, si on utilise une cellule à neibrane, il suffit d'un réglage initial principal du pH pour une faible acidité pendant toute l'opération d'électrolyse parce que le contrôle du pH s'effectue virtuellement de façon automatique par le transfert des ions 8 travers la membrane et un faible réglage additionnel du pH est suffisent. Le pH de l'effluent peut être réglé par addition d'un alcali, de préférence de la soude caustique, lai. on peut utiliser aussi d'autres alcalis tels que le carbonate de sodiuî ou l'ammo- niaque ou bien l'effluent peut être tamponné, par exemple par l'addition d'acétate de sodiums. L'obtention électrolytique de zinc est en elle-même bien connue et pratiquée (voir Mantell, Electrochemieal Engineering, McGrav Hill, New York 1960). Les conditions utilisées sont de fortes concentrations de sulfate de zinc (10-20 * de zine) dans ltacide sulfurique on des concentrations analogues. Les cellules utilisée. sont de simple. cuves sans séparation entre les régions de l'anode et de la cathode, c'est- & dire des cellules sans membrane. Les densités de courant sont faibles, environ 30-100 sA/cs2, donnant de bons rendements élevé. du courant (85-90 %). les impuretés nocives dans l'électrolyte sont inorga niques et à faible concentration, par exemple 1-100 ppm d'antimoine, de fer, de nickel, de euivre. D'autre. impuretés Inorganiques telle. que le sulfate de sodium soit sans nocivité. En électrochimie organique, la matière erganique peut être décompesée à la contre-électrode ; par exemple une réduction cathedique peut donner à la cathode un produit qui est oxydé et dégradé à l'anede. Dans ce eas, il est eommun (voir M. J. Allen, Organis Electrochemistry, Chapman & Hall, 1954) d'utiliser une eleison ontre les électrodes en délimitant ainsi un compartiment de cathode et un compartiment d'anede. Divers matériaux ont été utilisés comme eleisens, en comprenant le parchemin, le tissu d'amiante, d'autres tissus et des membranes d'échange d'iens qui permettent le passage de l'électricité mais retiennent les matières organiques dans n'importe quel compartiment désiré. Les membrames d'échange d'iens sont des membranes comprenent une matière échangeuse d'iens telles que les membranes d'échange d'iens utilisées communément en électredialyse. Une électrede à sylindre tournant a été décrite par Bennett (Trans. Elestrochem. Sec., 1912, 21 243) qui l'utilisait pour des investigatiens sur le rovêtenent de métaux. Cette utilisation a été étendue davantage par Swalbeim (Trans. Electrechem. Sec., 1944, 86,395) et a été adoptée fréquement depuis à la fois pour des buts industriels et des études académiques. La concentration de zine dans l'effluent de viseese est eommunément de 0,1 à 1,0 %, c'est-à-dire 10 à 100 fois plus faible que dass le liquide de dépôt par électrelyse. De plus, les composés organiques présents sont du type qui peut détériorer les matériaux sommune d'anede (par exemple le platine, le plenb, le dioxyde de plumb). Ainsi la récupération électrolytique du zins métallique à partir des effluents de la fabrication de la rayenne viseeze usilise de préférence une cellule ayant : a) une sembrane pour empêcher la corrosion de l'anede ; b) une électrode à cylindre teurnant pour demmer des densités de sourant économiquement acceptables. Dans une de ses formes préférées, la présente invention combine : a) les techniques de l'extraction du zinc par électrolyse s X les techniques de l'électrochimie organique pour les membranes ; c) les techniques de l'électrode à eylindre tourmant ; et d) le contrôle du pH de l'effluent de viscese. Dans l'électrolyse de l'effluent de viscose, on peut utiliser toute matière d'électrode utilisée normalement pour l'extraction par électrolyse mais on préfère l'aluminium comme matière de cathode. Exemple 1 En effluent de la fabrication de rayonne viscose contenait 0,85 % d'ions zine (M/V, c'est-à-dire exprimant une masse de zine en grammes pour un volume d'effluents en cm3) à un pH 1 a été électrolysé dans ne cellule cfomprenant ne cathode en feuille d'aluminium (100 cm2) et une anode en fouille de platine (20 em) avec une densité de courant à la cathode de 0,001 A/cm ; après 20 heures, il y avait une trace de zine sur la cathode. Exemple 2 Un autre échantiflon au même effluent a été neutralisé partiollesont par de la soude canstique jusqu'au pi 6 et électrolysé dans la même cellule que dans l'exemple 1 mais avec une densité de courant à la cathode de 0,005 1/ci2. Après 35 heures, un dépôt cohérent de lins avait été formé sur la cathode.Le pi de la solution s'était abaissé à 2,5 & la fin de l'électrolyse et la teneur on zinc à 0,56 % (M/V) en donnant rua rendement du courant de 28 %. La pureté du zine récupéré était de 81,5 % en poids. Exemple 3 Un autre échantillon du même effluent a été électrolymé dans une cellule comprenant comme cathode un cylindre d'acier inoxydable (20 cm) et comme anode une feuille de platine (20 cm) avec une densité de courant à la cathode de 0,1 A/cm, le eylindre tourmant à 600 tours par minute. Le pi de la solution était de 1,1 et après 2 heures d'électrolyse il y avait ne trace de zine sur la cathode. Exemple 4 En utilisant la laie cellule que dans l'exemple 3 lais avec une densité de courant à la cathode de 0,5 A/cm, on a électrolysé 2 litres de l'effluent pendant 1 heure 40 minutes, le cylindre teur- nant à 600 tours par minute. Il on est résulté un abaissement de la teneur en zine de 0,825 % à 0,77 % (M/V), c'est-à-dire un remdement du courant de 5,5 %. Le pH de la solution était encore 1,1. Exemple 5 Un autre échantillon du même effluent a été électrelysé dans une cellule généralement con. à l'exemple 3 mais avec utilisation d'une plus grande cathode à cylindre d'acier inoxydable (120 cm). Le pi de départ était 1,03 et on a fait passer un courant avec une densité de courant à la cathode de 0,1 A/cm pendant 2 heures, le cylindre tournant à 600 tours par minute. Il n'y a pas en d'indication de dépôt de zine à la fin de l'électrolyze. Exemple 6 En autre échantillon da même effluent a été électrolysé dans une cellule comprenant une cathode à cylindre d'aluminium (57 cm) et une anode de platine (20 ci2). Le pi de départ de la solution était 1 et le cylindre tournait à 600 tours par minute. Après 2,5 heures, aveus iane densité de courant à la cathode de 0,1 A/cm, il n'y avait virtaellement pas de dépôt de zine. Exemple 7 Un autre échantillon du même effînent a été électrolysé dans la même cellule que dans l'exemple 6. Le cylindre tournait à 600 tours par minute Mis le pi de départ était de 5,8 parce que la solution avait été partiellement neutralisée par de la soude caustique. On a fait passer pendant 20 minutes un courant avec une densité de courant à la cathede de 0,44 A/cm. Après ce temps, le pi était tombé à 2,1 et les particules de zinc qui étaient retombées de la cathode se redisselvaient.L'analyse de la solution a qu'en avait enlevé 1,8 g de zine, c'est-à-dire obtenu un da courant de 18 %. Exemple 8 Un autre échantillon du même effluent a été électrolysé dais ne cellule comprenant une cathode à cylindre d'aluminium (38,5 cm) et une anode de platine (20 cm). La cathode tournait à 600 tours par minute, le pi de départ était de 5,75 et on o ajouté de la soude caustique pendant l'électrolyse pour maintenir le pH entre 5 et 6. Le pH final était de 6,4. On a fait passer pendant 1 heure 10 minutes un courant avec une densité de courant de 0,44 A/cm. Du zine pulvérulent a été formé à la cathode et l'an@- lyse de la solution a indiqué ut rendement de courant de 60 %. La pureté du zinc récupéré était de 73,6 % on poids. Exemple 9 On a utilisé une cellule à membrane pour électrolyser un autre échantillon du même effluent. La cellule comprenait deux compartiments en matière plastique séparés l'un de l'autre par une membrane échangeuse de cations (Ionac MG3470, Ionac Chemical Corporation, Birmingham, New Jersey, Etats-Unis d'Amérique). La cathode était un cylindre d'aluminium (38,5 cm) et l'anode était constituée par un enroulement d'un tube d'acier inoxydable de 6,35 mm.Ce tube était utilisé aussi comme serpentin de refreidis sement. L'échantillon a été réglé au pi 6 et introduit dans le compartiment de la cathode ; le compartiment d*anode était rempli dune solution d'hydroxyde de sodium à 10 %. On a fait passer entre les électrodes un courant de 17 ampères pendant 1 heure. Le pi de la solution était resté entre 5 et 6 pendant l'électrolyse, la cathode tournait à 600 tours par minute et la température était maintenue à 25-30 C. Du zinc pulvérulent a été formé à la cathode et l'analyse de la solution a indiqué un rendement du courant de 43 %. Exemple 10 Une cellule à membrane généralement cemme à l'exemple 9 a été utilisée pour électrolyser un autre échantillon da même effluent sauf qu'on a utilisé une membrane échangeuse d'anions (Ionac MA 3472). La cathode était encore le cylindre d'aluminium (38,5 cm mais l'anode était en platine (20 cm). L'électrolyte introduit dans le compartiment de cathode était l'effluent réglé an pH 6, l'électrolyte introduit dans le compartiment d'anode était une solution d'acide sulfurique à 5 %. On a fait passer un courant de 17 ampères entre les électrodes pendant 1 heure.Le pi de la solution était resté entre 5 et 6 pendant l'électrolyse, la cathode tournait à 600 tours par minute et la température s'était maintenue entre 25-30 a'. Du zinc pulvérulent a été formé à la cathode et l'analyse de la solution a indiqué un rendement du courant de 35 %. Exemple 11 Un effluent de la fabrication de rayonne viscose contenant 0,11 % de zinc (M/V) a été électrolysé dans la cellule décrite dans l'exemple 1. Le pH a été réglé à 6 et on a fait passer un courant entre les électrodes avec une densité de courant à la cathode de 0,005 1/ci2. Après 20 heures, il y avait une petite quantité de zinc sur la cathode. Les exemples montrent que le rendement en zinc obtenu dépend des conditions dans lesquelles est effectuée l'électrolyse, par exemple du fait que l'effluent est fortement acide ou proche de la neutralité, du fait que la cellule t munie ou son d'une membrene et du fait qu' on utilise ou non une électrode à cylindre tournant. L'électrolyse décrite à l'exemple 10, utilisant une membrane échangeuse d'anions, fonctionse coune suit : Opération cathedioue : 2 Zn2+ # 2Zn Opération amodique : 2 H2O # O2 + 4H+ Opération du transport de sourant : SO4 = se transporte du compartiment de cathode au compartiment d'anode à travers la membrane d'échange d'aniens. Cela sigaifie que la réaction d'ensemble est l'enlèvement du sime du catholyte et la formation d'acide sulfurique dans l'anolyte, c'est-à-dire que le sine et l'acide sulfurique sont réc@pérés à la fois par cette électrolyse. Cela est un avantage. Un autre avantage est que le sine réoupéré peut être dissous dans l'acide sulfurique récupéré pour denner de fertes soutions (par exemple à 4 %) de sulfate de zine qui pouvent alors être utilisées dans le procédé de fabrication do la rayonne. R E V E N D I C A T I O N S. 1. Procédé pour récupérer le zine métallique à partir d'un effluent de la fabrication de la rayonne viscose, comprenent l'élec- trolyse de l'effluent. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'effluent est celui obtenu par filage de la viscese dans l'acide sulfurique contenant des sels de zinc. 3. Procédé selen la revendication 2 dans lequel la concen- tration du zinc dans l'effluent est de 0,1 à 1,0 % on poids. 4. Procédé selon l*e queleonque des revendications I à 3, dans lequel l'électrolyse est effectuée avec utilisation dune électrode tournante. 5. Procédé selon la revendication 42 dans lequel l'électrode est une cathode à cylindre tournait. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'électrolyse est effectuée avec utilisation d'une cathode en aluminium. 7. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'électrolyse est effectuée dans une cellule à membrane. 8. Procédé selon la revendieation 7, dans lequel la membrane de la cellule est une membrane d'échange d'iens. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 i 8, dans lequel le p1 de l'effluent est entre 4 et 7 pendait l'électrolyse. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le pi de l'effluent est réglé par 1 ' addition d'alcali. 11. Procédé selon la revendication 10, dais lequel l'alcali est de la soude caustique. 12. Procédé selon la revendication 9, dais lequel l'effluent est tanponné. 13. Procédé selon la revendication 12, des lequel l'effluent est tampenné par l'addition d'acétate de sodium. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, dans lequel l'acide sulfurique est aussi récupéré de l'effluent. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel le zinc récupéré est dissous dans l'acide sulfurique récupéré pour former une solution à utiliser pour le filage de la viscose.