zinc (suite)

Élaboration du métal

L’élaboration du métal se pratique suivant deux groupes de procédés : le procédé électrolytique et les procédés thermiques de réduction-distillation. Le traitement préliminaire consiste à transformer le sulfure ou le carbonate en oxyde de zinc ZnO par grillage soit aux fours verticaux à soles rotatives, soit sur des chaînes Dwight Lloyd suivant la réaction exothermique

L’anhydride sulfureux dégagé dans le grillage de la blende est récupéré pour la fabrication de l’acide sulfurique.

• Procédé électrolytique
Il permet l’obtention de plus de 50 p. 100 du zinc d’une haute pureté (99,99 p. 100). Par des traitements successifs de lixiviation en présence d’acide sulfurique, l’oxyde provenant de l’opération de grillage est transformé en sulfate de zinc. Après plusieurs traitements de purification pour éliminer la majeure partie des impuretés (fer, plomb, antimoine, arsenic) et filtration, la solution acide de sulfate de zinc est électrolysée en bain à anodes insolubles de plomb, le zinc étant déposé sur des cathodes d’aluminium, d’où il est extrait mécaniquement et refondu en lingots. L’acide sulfurique formé au cours de l’électrolyse est récupéré pour les traitements préliminaires de lixiviation, et les boues d’électrolyte, contenant des métaux secondaires et précieux, sont traitées ultérieurement.

• Procédés thermiques ou par voie sèche
Ils effectuent la réduction de l’oxyde de zinc par le carbone ou par le monoxyde de carbone à une température de 950 à 1 000 °C, supérieure à la température d’ébullition du métal, ce qui permet sa récupération sous forme de vapeur et de liquide à la sortie des condenseurs. Trois procédés sont actuellement pratiqués.

• Le procédé discontinu des fours à creusets horizontaux, dérivé du procédé liégeois et qui était jusqu’en 1915 le seul procédé industriel, n’assure plus aujourd’hui qu’une minime partie de la production. La charge d’oxyde de zinc et de charbon est chauffée dans des cornues réfractaires, le zinc étant recueilli dans des condenseurs extérieurs à la zone de chauffe et prolongés par des allonges, ou étouffoirs, où se rassemble le gris de zinc, mélange de métal pulvérulent et d’oxyde de zinc entraîné par les gaz. Les réactions endothermiques principales sont les suivantes :
ZnO + CO ⇄ Zn + CO₂ ;
ZnO + C → Zn + CO.

• Le procédé continu à creusets verticaux (procédé New Jersey) exige que la charge soit préalablement agglomérée et cokéfiée ; les vapeurs de zinc sont entraînées à la partie supérieure de l’appareil, et le métal est récupéré par pulvérisation de zinc liquide par une turbine à graphite, alors que les résidus de la charge sont évacués à la base de l’appareil.

• Le procédé continu du four à cuve, semblable à un haut fourneau (procédé Imperial Smelting), permet le traitement de minerais mixtes de zinc et de plomb ; la charge d’oxyde de zinc et fondant agglomérés et de coke suit une marche descendante, alors que l’air chaud injecté par des tuyères à la partie inférieure de l’appareil s’élève à travers la charge entraînant les vapeurs de zinc. La majeure partie du plomb d’œuvre s’écoule à la base du haut fourneau, alors que les vapeurs de zinc sont refroidies dans un condenseur à brouillard de plomb. Le zinc est séparé du plomb par fusion et liquation.

Le métal obtenu thermiquement titre de 98 à 99,5 p. 100 suivant le procédé : on doit le raffiner par distillation fractionnée (procédé New Jersey) dans des colonnes chauffées successivement à 1 100 °C pour séparer le plomb liquide d’autres impuretés (fer, étain), puis à 800 °C pour éliminer le cadmium sous forme de vapeur. Le zinc coulé en lingots titre 99,99 p. 100.

Utilisations

• À l’état pur, le zinc est utilisé soit sous forme massive, soit sous forme de revêtement pour la protection contre la corrosion atmosphérique. Sa bonne tenue en atmosphère courante et même à l’air salin, provenant de la formation d’une couche protectrice de carbonate basique, le fait utiliser couramment pour la couverture des toitures, sous forme de feuilles, de plaques, de bandes ou de pièces façonnées. Le zinc protège efficacement l’acier, d’une part en l’isolant de l’atmosphère, d’autre part, grâce à sa position anodique par rapport au fer, en se détruisant et en protégeant ainsi l’acier (effet de protection sacrifielle). Plusieurs procédés de revêtement de zinc sur l’acier sont pratiqués.
1. La galvanisation au trempé, par immersion des pièces ferreuses dans un bain de zinc fondu, pratiquée depuis le xviii^e s., à l’origine de façon artisanale, est maintenant industrialisée sur des lignes de traitement en continu (procédé Sendzimir de galvanisation de produits ferreux dont la surface est préparée par un flux gazeux réducteur) ; les tôles, les feuillards, les tubes, les fils, les profilés galvanisés servent à la confection d’éléments de charpentes, de pylônes, d’ossatures, de câbles et de tuyauteries diverses.
2. Le zingage, ou zincage, électrolytique, mince et régulier, de l’ordre de 0,005 mm, s’applique sur des pièces finies de petites dimensions aussi bien que sur des semi-produits (installations de dépôt en continu sur fils et feuillards d’acier).
3. La métallisation s’opère par projection, au pistolet, du zinc en fil ou en poudre sur des pièces ou des appareils assemblés.
4. La cémentation de l’acier par le zinc, ou shérardisation, est réalisée en plaçant les pièces à protéger dans un tambour rotatif en contact avec de la poudre de zinc (gris de zinc) et des produits réducteurs, vers 350 °C.
5. Le revêtement par des peintures riches en poudre de zinc ne confère une protection efficace qu’à la condition d’une bonne adhérence provenant d’une préparation de surface appropriée.

Sous forme de barres, de plaques, de fils anodiques, le zinc est utilisé, en raison de son potentiel électronégatif, pour la protection cathodique de pièces ferreuses telles qu’éléments de construction, réservoirs, chaudières, carènes de navire, pontons, conduites, etc.