Brevet FR2746325A1 — publié le 19970926

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour réaliser la dissolution de métaux communs. Dans l'industrie galvanique, il est souvent nécessaire de solubiliser des métaux communs en vue de l'application d'un revêtement ultérieur, par exemple pour un zincage. Conformément à l'état de la technique, ceci est obtenu par exemple en remplissant des paniers en acier avec le métal commun, paniers que l'on immerge ensuite dans une solution aqueuse, dans laquelle le métal commun se dissout sans courant extérieur, en dégageant de l'hydrogène. La dissolution du métal commun dans ces conditions est cependant beaucoup trop lente pour la plupart des applications et surtout est gênante, à un degré élevé, pour tous les processus industriels. Ainsi la dissolution lente rend nécessaire par exemple d'utiliser des installations d'une taille assez importante, étant donné qu'il faut utiliser des quantités plus importantes du métal commun, lorsqu'il faut obtenir une haute concentration des ions métalliques qui, dans le cas d'une dissolution plus rapide, pourrait être obtenue avec une quantité beaucoup plus faible du métal. Pour accélérer la dissolution du zinc, on décrit dans JP Patents Abstracts of Japan 6-10200 A. C-1191, volume 18, N 215 (1994), un procédé selon lequel on amène le zinc en contact avec les métaux Ti et/ou Nb. On peut obtenir une vitesse de dissolution 1,5 à 1,7 plus élevée que dans le cas d'un contact avec du fer. Dans JP Patents Abstracts of Japan 6-116800 A. C- 1231, volume 18, N 401 (1994), on décrit un procédé pour introduire des ions de zinc dans un bain de galvanisation, en amenant du zinc en contact avec du Pt, Au, Ag ou Pd dans une enceinte réactionnelle, pour accroître la vitesse de dissolution. Dans la demande de brevet allemand DE-A-39 20 748 on décrit un procédé et un dispositif pour régénérer des solutions de sulfate de zinc. Pour l'enrichir en ions zinc, on amène la solution de sulfate de zinc devant être régénérée à traverser une accumulation en vrac de zinc métallique finement divisé, qui est placé en contact avec du platine. Les vitesses de dissolution pour le zinc, que l'on peut obtenir avec le procédé décrit, sont toujours encore très faibles ou bien les procédés ne sont pas économiques à l'échelle industrielle, en raison des coûts élevés pour les matériaux utilisés. C'est pourquoi la présente invention a pour but d'indiquer un dispositif et un procédé, à l'aide desquels on puisse réaliser une dissolution rapide et bon marché de métaux communs, notamment du zinc. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif pour réaliser la dissolution de métaux communs, notamment du zinc, caractérisé en ce que ce dispositif met en contact, d'une manière réalisant une conduction électrique, les métaux à dissoudre avec au moins un matériau qui est choisi dans le groupe comprenant le cobalt et le nickel, ainsi que des alliages et des composés du cobalt et du nickel, et en outre à l'aide d'un procédé pour réaliser la dissolution de métaux communs, notamment du zinc, caractérisé en ce qu'on met les matériaux à dissoudre en contact, avec établissement d'une conduction électrique, avec au moins un matériau qui est choisi dans le groupe comprenant le cobalt et le nickel ainsi que des alliages et composés du cobalt et du nickel. De façon étonnante, on a trouvé qu'on peut réaliser la dissolution de métaux communs rapidement et à bon marché lorsque l'on amène le métal à dissoudre en contact, moyennant l'établissement d'une conduction électrique, avec du cobalt, du nickel ainsi que des alliages et/ou des composés de ces métaux. Comme alliages, on peut utiliser aussi bien des alliages de cobalt et de nickel entre eux, que des alliages avec d'autres métaux. Des composés appropriés de cobalt et de nickel sont notamment des oxydes et des oxydes mixtes de ces métaux, mais on peut également utiliser des chélates tels que de la phtalocyanine de cobalt ou de nickel. Comme métaux communs dont il faut réaliser la dissolution, on peut envisager de préférence du zinc, du cadmium, de l'étain et du plomb. Comme forme pour le dispositif, il est particulièrement préférable d'utiliser une configuration en forme de panier. Cette configuration présente l'avantage consistant en ce que le métal commun peut être introduit de façon simple dans le panier. En outre, on peut fabriquer le panier avec le matériau lui-même, ou le réaliser en une matière quelconque, que l'on recouvre ensuite avec le matériau. La possibilité indiquée en dernier lieu est préférable notamment lorsque les quantités nécessaires de matériau et par conséquent également le coût pour le panier doivent être encore réduits de façon supplémentaire. Simultanément, avec le panier on obtient une surface étendue, ce qui est également très important pour la vitesse de dissolution. La création d'une rugosité, par exemple par sablage, augmente de façon supplémentaire la surface active. Pour l'utilisation dans des installations classiques, un panier avantageux est un panier en acier nickelé, et d'une manière particulièrement préférentielle un panier en acier soumis à un sablage et possédant un nickelage mat, étant donné qu'il peut être fabriqué à bon marché et permet, comparativement à des paniers usuels en acier, une dissolution nettement accélérée de métaux communs. Dans une forme de réalisation préférée, on introduit du zinc en tant que métal commun dans un panier nickelé, que l'on immerge alors dans un électrolyte, par exemple un électrolyte alcalin. Pour obtenir de bonnes vitesses de dissolution, il est approprié de s'assurer d'avoir un bon enveloppement dans le bain. Il est préférable d'éviter des impuretés du bain afin d'éviter une passivation du matériau du panier. Pour l'utilisation dans des réacteurs de dissolution présentant un rendement spatial/temporel particulièrement élevé, il est plus avantageux et par conséquent particulièrement préféré d'utiliser, pour les matériaux indiqués, une autre forme (par exemple un lit fluidisé ou un lit fixe formé de petites billes (état recouvert ou massif)). Le dispositif et le procédé selon la présente invention présentent l'avantage consistant en ce que la dissolution du métal commun est fortement accéléré. En outre, le dispositif selon l'invention présente l'avantage consistant en ce que l'on peut agencer des installations correspondantes de dissolution avec des dimensions nettement plus faibles et meilleur marché. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente un dessin schématique d'un récipient de dissolution préalable pour une installation de zincage; et la figure 2 représente un dessin schématique représentant les flux volumiques V entre le bain de zinc et un récipient de dissolution préalable conformément à la figure 1, les variations des concentrations sous l'effet du flux volumique V ainsi que sous l'effet du dépôt galvanique de zinc dans le bain et de la dissolution de zinc sans courant extérieur dans le récipient de dissolution, à savoir ca et ci, pouvant être décrites au moyen du système d'équations différentielles indiqué, qui peut être résolu numériquement rapidement et sans dépense conséquente avec des ordinateurs personnels usuels et peut par conséquent être utilisé pour la commande automatique de la concentration de zinc. Exemple 1 On remplit un bécher de 1000 ml aux deux tiers avec un électrolyte de zinc alcalin (20 g/1 de Zn et 170 g/1 de NaOH). On suspend une plaque de zinc extrêmement pur à structure cristalline grossière (zinc anodique, pureté 99,995 %) ayant pour dimensions (8 cm x 5 cm x 0,8 cm), verticalement à une profondeur de 5 cm. On suspend également à une profondeur de 5 cm, parallèlement à cette plaque et à une distance de 1 cm, une plaque d'acier (ST37) ayant pour dimensions (8 cm x 9 cm x 0,2 cm). Avec un agitateur magnétique, on agite l'électrolyte avec un agitateur magnétique par exemple à une vitesse de 500 tr/mn. A l'aide de pinces crocodiles on met électriquement en contact les deux plaques au- dessus du niveau de l'électrolyte au moyen de conducteurs en cuivre. Les deux conducteurs en cuivre se terminent respectivement à l'entrée de mesure de courant d'un multimètre numérique. On mesure un courant de 4 mA. Exemple 2 L'exécution d'essais s'est déroulée comme dans l'exemple 1, hormis qu'à la place de la plaque d'acier on a suspendu une plaque d'acier identique pourvue d'une couche de nickel catalytique comme cela a été décrit et l'on a placée électriquement en contact au moyen du multimètre, avec l'anode en zinc. On a mesuré un courant de 375 mA. Les courants mesurés sont, conformément à la loi de Faraday, directement proportionnels à la transformation de matière, à savoir dissolution du zinc et dégagement d'hydrogène. Par conséquent, la dissolution du zinc en contact électrique avec le nickel catalytique est environ fois plus rapide que dans le cas o le zinc est en contact électrique avec le fer. Exemple 3 Dans cet exemple, on va décrire, en référence aux figures 1 et 2, un panier de dissolution pour un récipient de dissolution préalable situé dans une installation de zincage. Dans une installation de zincage, on utilise plusieurs paniers de dissolution 1, qui sont placés dans un récipient de dissolution préalable, pour exécuter une dissolution plus rapide du zinc nécessaire pour le zincage. Les paniers de dissolution 1 sont des paniers en acier, qui sont nickelés. On peut introduire le zinc par exemple sous la forme de billes dans les paniers 1. On introduit un électrolyte 2 par l'intermédiaire d'une canalisation d'arrivée 7, dans le compartiment de dissolution du zinc et, en fonction du matériau choisi du panier, on fait circuler cet électrolyte d'une manière plus ou moins intense. L'arrivée 6 de l'écoulement s'effectue à partir du bas, de manière que soit garantie une répartition aussi rapide et uniforme que possible. L'entraînement de l'électrolyte 2 s'effectue au moyen de pompes 4, qui peuvent être disposées en différents emplacements dans l'installation de zincage. Etant donné que, lors de la dissolution du zinc, de l'hydrogène apparaît de façon conséquente au niveau des surfaces du panier, une bonne aspiration 3 est également nécessaire. Grâce à la présence d'un trop-plein 9 réglable en hauteur, l'électrolyte enrichi 2 pénètre dans un filtre 5 qui en élimine les particules les plus grossières (par exemple le gravier d'anode). L'électrolyte enrichi 2 peut être au choix également transféré par l'intermédiaire d'une pompe filtrante. Etant donné que la hauteur du trop-plein 9 et par conséquent le volume, c'est-à-dire en définitive la surface active, varient, on peut obtenir une commande grossière de la dissolution du métal, sans dépense élevée. L'électrolyte 2 enrichi en zinc est envoyé par l'intermédiaire d'un circuit de retour 8 à un bain de galvanisation ou un bain de zinc. Pour un matériau donné des paniers et pour des dimensions données du récipient de dissolution préalable, il existe différentes possibilités pour commander la vitesse de la dissolution du métal et par conséquent la teneur métallique. Par exemple, on peut commander la vitesse de dissolution au moyen d'une unité 6 de circulation du bain. En outre, on peut commander la surface métallique immergée et par conséquent la vitesse de dissolution par l'intermédiaire du trop-plein 9 réglable en hauteur. Eventuellement, on peut également utiliser le remplissage des paniers 1 avec du zinc pour commander la teneur métallique. La figure 2 représente schématiquement les flux volumiques V de transfert entre le bain de zinc et le récipient de dissolution préalable. A titre indicatif les équations mathématiques bien connues, que l'on n'expliquera pas de façon détaillée et qui sont associées à ces flux volumiques, sont les suivantes, dc B V - = - (C - CB) -CM dt V, dcL V - = - (CB C- C) + C" dt Vi REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) pour réaliser la dissolution de métaux communs, notamment du zinc, caractérisé en ce que ce dispositif (1) met en contact, d'une manière réalisant une conduction électrique, les métaux à dissoudre avec au moins un matériau qui est choisi dans le groupe comprenant le cobalt et le nickel, ainsi que des alliages et des composés du cobalt et du nickel. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composés du cobalt et du nickel sont des oxydes et/ou des oxydes mixtes. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif (1) est un panier, qui reçoit le métal commun et est réalisé en un matériau, avec lequel le métal commun est mis en contact, ou est recouvert par ce matériau. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le panier (1) est un panier en acier recouvert de nickel et que le métal commun est le zinc. 5. Procédé pour réaliser la dissolution de métaux communs, notamment du zinc, caractérisé en ce qu'on met les métaux à dissoudre en contact, avec établissement d'une conduction électrique, de métaux à dissoudre, avec au moins un matériau qui est choisi dans le groupe comprenant le cobalt et le nickel ainsi que des alliages et composés du cobalt et du nickel. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les composés du cobalt et du nickel sont des oxydes et/ou des oxydes mixtes. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le métal commun est situé dans un panier (1), qui reçoit le métal commun et est formé par le matériau, avec lequel le métal commun est mis en contact, ou est recouvert par ce matériau. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le panier (1) est un panier en acier recouvert de nickel et que le métal commun est du zinc.