Brevet FR2322213A1 — publié le 19770325

La présente invention est relative à un procédé d'extraction électrolytique du fer, particulièrement intéressant dans le cas d'un milieu chloruré, tel qu'il en resulte par exemple de la récupération dans des stations de décapage. Les essais d'électrolyse ignée en vue de la production de fer pur effectués jusqu'ici montrent que le dépôt de Ser à la cathode croit sous forme dendritique, avec l'inconvénient que les dendrites emprisonnent des quantités importantes d'électrolyte. Ce phénomène de croissance dendritique des dépôts électrolytiques est d'ailleurs quasi général pour les dépôts solides tant en milieu aqueux qu'en milieu fondu. Un tel inconvénient est d'une grande importance, car la séparation entre les fines aiguilles de fer réduit et le magma est très malaisée et diminue considérablement l'intérêt des procédés d'extraction électrolytique du fer. La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à cet inconvénient. Le procédé, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que le milieu contenant le fer est soumis à une-électrolyse ignée avec dépôt du fer sur une cathode constituée par un métal liquide et en ce que l'alliage de fer ainsi obtenu est soumis à une opération de séparation appropriée, par exemple une cristallisation fractionnée ou une distillation, en vue d'isoler et de récupérer le fer0 Le procédé suivant l'invention s'est avéré particulièrement intéressant lorsque le milieu contenant le fer est un milieu chloruré. Suivant une modalité de l'invention, la cathode est constituée par du zinc liquide. Suivant une autre modalité de l'invention, l'allia ge Zn-Fe obtenu après électrolyse ignée des chlorures est soumis à une opération de distillation, éventuellement sous vide. Suivant l'invention, le zinc volatilise au cours de la distillation de l'alliage Zn-Fe est avantageusement recyclé dans la cuve d'électrolyse après condensation. Egalement suivant l'invention, les calories récu pérées par la condensation des vapeurs de zinc produites par distillation de l'alliage Zn-Fe sont avantageusement utilisées comme source d'énergie, par exemple pour couvrir une partie des besoins énergétiques de la cellule d'électrolyse. Suivant une autre modalité du procédé de l'invention, le métal liquide constituant la cathode est de l'aluminium. Gracie à cette variante, on peut récupérer le fer non seulement à partir des chlorures, mais également à partir d'autres produits ferrifères, tels que des oxydes (pailles de laminoir, fumées rousses, boues rouges), ou des sulfates récupérés par exemple des installations de décapage. En fait, dans ce processus, le fer est introduit, par exemple sous forme d'oxyde, dans un bain contenant des chlo rures, par exemple alcalins. Sous l'effet de l'électrolyse, le chlore naissant à l'anode réagit avec l'oxyde de fer pour former des chlorures de fer, tandis que l'oxygène remplace le chlore à l'anode. Un des avantages principaux de cette variante con siste dans le fait que le fer se dissout dans l'aluminium, dans des proportions pouvant aller jusqu'à 40 . On peut ainsi arriver à récupérer une quantité importante de fer en faisant usage d'une quantité d'aluminium relativement faible. En.outre, les opérations de récupération peuvent être rendues plus aisées par le fait que l'on peut faire choix de compositions particuliè res de cet alliage binaire, pour lesquelles la séparation du fer d'avec l'autre métal offre certaines facilités, par exemple au point de vue des températures à atteindre. Dans ce cas précisément de l'aluminium, il peut s'a vérer intéressant de soumettre à l'électrolyse ignée des maté riaux ferrifères à une température comprise entre 6550C et 1 1500C et de préférence entre 9000C et 1 130 G, de façon à obtenir la précipitation en notable proportion d'une solution solide de fer dans l'aluminium, avec une teneur constante en fer (environ 40 ). Cette phase solide étant plus dense que la phase liquide résiduelle, se rassemble dans le fond de la cuve d'électrolyse, -d'où elle peut être régulièrement enlevée. La cuve peut être exploitée Jusqu'à épuisement complet de l'alu minium présent ou être régulièrement alimentée en aluminium arin d'assurer la continuité du processus d'électrolyse. L'avantage de cette modalité est d'assurer la pro duction d'un ferro-aluminium dont la composition est absolu ment constante. Un autre avantage important de cette variante con siste dans le fait que l'on peut soutirer également l'alliage liquide constitué par le fer dissous dans le métal formant catho de, au moment où il atteint une composition telle qu'il peut être utilisé directement pour assurer certaines opérations mé tallurgiques, telles que par exemple la désoxydation de l'a cier. Dans ce dernier cas, on peut avantageusement ajouter ledit alliage directement à l'état liquide dans l'acier. La figure ci-annexée est donnée à titre d'exemple non limitatif et représente schématiquement une installation d'électrolyse ignée à cathode liquide pour la production de fer pur, conformément au procédé décrit ci-dessus. La cellule d'électrolyse comprend une cuve (1) dont le fond (2) constitue une cathode en graphite, l'anode (3) étant également en graphite. On verse dans la cuve (1) du zinc liquide, de fa çon à recouvrir complètement le fond (2) et à composer une catho de liquide en zinc. Le minerai ou les concentrés de chlorure de fer (4) sont introduits dans la cuve (I) remplie de zinc liquide et la cellule d'électrolyse est mise sous tension électrique. Sous l'effet de ltélectrolyse ignée, il se forme dans le fond de la cuve -un alliage cathodique Zn-Fe (5) recou vert d'un bain de chlorures fondus (NaCl, KC1, CaC12, FeC12 (6). L'électrolyte est maintenu à une température dé 700 C pour laquelle le diagramme binaire Fe-Zn indique une solubilité maxi mum de 5 % de Fe dans le Zn. De la cuve (1) lialliage métallique Zn-Fe est trans féré dans une chambre de distillation à 1 000qu (7). De cette chambre (7), on évacue d'une part du fer pur (8) qui est refroidi à l'abri de l'air et d'autre part, de la vapeur de zinc (9) qui est introduite dans un eondenseur (10) A la sortie de ce condenseur (10), on obtient du zinc liquide (11) à 8000C qui est recyclé dans la cuve (1). Un avantage particulièrement intéressant du procé dé décrit ci-dessus est la possibilité d'assurer les opérations d'électrolyse en continu par circulation de la cathode. Un autre avantage réside dans la récupération d'é nergie au cours de l'opération de condensation des vapeurs de zinc, ce qui diminue d'autant le prix de revient d'extraction électrolytique du fer. REVENDICATIONS 1 / Procédé d'extraction électrolytique du fer, c a r a c t é r i s é en ce que le milieu contenant le fer est soumis à une électrolyse ignée avec dépit de fer sur une catho de constituée par un métal liquide et en ce que l'alliage de fer ainsi obtenu est soumis à une opération de séparation appropriée, par exemple une cristallisation fractionnée ou une distil lation, en vue d'isoler et de récupérer le r.- 2 / Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que le milieu contenant le fer est un mi lieu chloruré. ) / Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que le métal liquide constituant la cathode est de l'aluminium. 40/ Procédé suivant la revendication 3, c a r a c t é r i s é en ce que l'aluminium récupéré au cours de l'o pération de séparation d'avec le fer est recyclé dans la cuve d'électrolyse. 50/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendica tions 3 et 4, prlse isolément, c a r a c t é r i s é en ce qu'u ne partie au moins de l'alliage obtenu est utilisée directement sous forme liquide ou solide, par exemple pour désoxyder de l'acier. 60/ Procédé suivant la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce que la cathode est constituée par du zinc liquide 70/ Procédé suivant la revendication 6, c a r a c t é r i s é en ce que l'alliage Zn-Fe obtenu après électrolyse ignée des chlorures est soumis à une opération de distillation, éventuellement sous vide. 80/ Procédé suivant la revendication 7, c a r a c t é r i s é en ce que le zinc volatilisé au cours de la dis tillation de l'alliage Zn-Fe est recyclé dans la cuve d'élec trolyse après condensation. 90/ Procédé suivant la revendication 8, c a r a c t é r i s é en ce que les calories récupérées par la condensation des vapeurs de zinc produites pardistillation de l'alliage Zn-Fe sont utilisées comme source d'énergie, par exemple pour couvrir une partie des besoins énergétiques de la cellule d'sélect trolyse.