Modelisation experimentale de la dissolution des oxy-hydroxydes d'aluminium et de fer dans une solution 5 m naoh, a 200 et 250c : application au procede bayer de traitement de la bauxite

Experimental modelisation of al and fe oxi-hydroxides dissolution in a 5 m naoh solution, at 200 and 250c. Industrial application to the bayer bauxit processing

• Auteur / Autrice : Christine Dillenseger
• Direction : Marie-Lola Pascal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Orléans

Résumé

L'objectif de cette etude est de modeliser la dissolution des bauxites lors de l'etape de digestion du procede bayer de production de l'alumine, dans une solution 5 m naoh, a une temperature maximale de 250c et une pression de 50 bars. Ce sont principalement les hydroxydes d'aluminium qui sont dissous, mais il se produit egalement une dissolution partielle des hydroxydes de fer, responsables d'une diminution de la purete de l'alumine produite. Avant de considerer le systeme complexe bauxite-solution a haute temperature, qui comporte des phases metastables, telles que la boehmite, la gibbsite et la goethite, nous avons mesure separement la solubilite des (hydr)oxydes stables d'aluminium (diaspore) et de fer (hematite), puis de goethites synthetiques avec une teneur en al variable, permettant l'investigation du systeme complexe alooh-feooh-naoh-h#2o. Le diaspore et la goethite sont tous deux presents dans les bauxites naturelles, et la teneur en fer des liqueurs bayer est d'abord controlee par la dissolution de la goethite, puis sa transformation en hematite lors de l'attaque. Les mesures de solubilite ont ete effectuees, sur des phases synthetiques, dans des solutions naoh de concentration entre 1 et 5 m (diaspore et hematite) et 0,1 a 4 m (goethite), a 200 et 250c a la pression de vapeur correspondante (psat), dans le but de definir la stoechiometrie des especes al et fe transportees par le fluide hydrothermal, ainsi que les constantes d'equilibre fluide-mineral. Le mecanisme de solubilite du diaspore peut etre decrit a l'aide de deux reactions principales ; la premiere represente la formation de l'ion aluminate al(oh)#4- et la seconde concerne l'association de l'ion aluminate avec l'ion sodium, afin de former le complexe naal(oh)#4, observe dans les solutions concentrees en al et na (>1,5 mol/kg). La constante de formation de ce complexe, estimee a partir d'un calcul de speciation, a ete utilisee pour modeliser la reaction de dissolution de la boehmite et du diaspore. Le bon accord observe entre les concentrations mesurees et les valeurs calculees nous autorise a l'utiliser pour le systeme fe#2o#3-al#2o#3-naoh-h#2o. Les cinetiques de dissolution des diaspores naturel et synthetique ont ete etudiees dans une solution 5 m naoh, a 200 et 250c. L'application de la loi de l'etat transitoire aux stades initiaux de la dissolution, ou la reaction de formation de l'ion aluminate est preponderante, a permis de determiner la constante de cinetique, qui a ete utilisee pour le calcul de l'energie d'activation de la reaction. La solubilite de l'hematite a 200 et 250c a egalement ete mesuree en solution 5 m naoh, dans deux types de conditions redox differentes, permettant de determiner les constantes d'equilibre relatives aux deux especes fe(oh)#4- et fe(oh)#3-. Dans les conditions reductrices de l'assemblage hematite-magnetite, la concentration en fer observee est double de celle du systeme hematite seule, avec des concentrations equivalentes des deux especes. Les experiences de dissolution de la goethite montrent un pic de concentration en fer suivi d'une decroissance due a la transformation goethite-hematite. La modelisation de la bauxite a ete realisee en considerant l'assemblage boehmite-hematite en fonction de la fugacite d'hydrogene. Les fortes teneurs en fer des liqueurs bayer peuvent s'expliquer soit par une duree d'attaque des bauxites trop courte, soit par l'existence de conditions reductrices dans le milieu reactionnel