Étude, thermodynamique et calcul d’un procédé de séparation d’Argent et du cuivre par extraction liquide-liquide et par membrane liquide émulsionnée, en vue de la valorisation des déchets électroniques constitués de fils de cuivre argenté

Abstract

L’objectif de ce travail est la valorisation des déchets électroniques constitués de fils de cuivre argenté par la mise au point de procédés de séparation de l’argent et du cuivre par extraction liquide-liquide et par membrane liquide émulsionnée. L’étude de la séparation de l’argent et du cuivre par extraction liquide-liquide, au moyen du sulfure de tri-isobutylphosphine (TIBPS) en milieu acide nitrique, a permis d’établir le mécanisme d’extraction et de calculer la constante d’équilibre K E : AgnO₃ + □(→┬(2TIBPS ) ) □(⇐┴ ) □(⇒┴ ) □(→┬(AgnO^3 (TIBPS)₂) ) ; Ke =5,63.10⁷ (mol/l) ⁻₂ La désexctraction de l’argent de la solution organique a été étudiée par différents complexants (NH₃, HNO₃ ; P₂o₇⁺, S₂O₃ 2⁺ et CS(NH₂)₂). Une étude systématique de la désexctraction de l’argent par la thiourée (Tu) acidifiée a abouti à la détermination de la stœchiométrie du complexe Ag-Tu qui est 1 :1 en solution aqueuse lors de la désexctraction et au calcul de la constante de formation : K(Ag Tu⁺) =6,41 . 10⁶ (mol/l) ⁻₁. A la lumière des résultats obtenus, on a proposé et calculé un schéma de procédé continu permettant la séparation très efficaces des deux métaux (pureté 99.99%) et la concentration de l’argent (1 g/l environ) de manière à ce que sa récupération ultérieure par voie électrochimique soit possible. Dans la deuxième partie expérimentale de ce travail, on a utilisé une autre technique de séparation rénovatrice, à savoir les membranes liquides émulsionnées. Le système choisi comporte le Cyanex 471X (TIBPS) comme transporteur, un surfactant (Span 80 ou ECA 4360) et du dodécane. La phase de désexctraction est une solution de thiourée acidifiée ou de sulfite du sodium. Dans une étude en discontinu, on a optimisé des paramètres tels que le pourcentage du surfactant, vitesse d’émulsification, vitesse et temps de transfert, rapports volumiques phase externe/émulsion (B) et membrane/phase interne (A), etc. en vue d’obtenir une extraction et une désexctraction simultanée de l’argent meilleure et sélective. Lorsqu’ on a employé la thiourée acidifiée comme phase interne, un ajout de modificateur s’est révélé nécessaire afin de solubiliser le complexe TIBPS-Ag dans la solution organique, le D₂EHPA donne les meilleurs résultats. On a déterminé les conditions chimiques et opératoires optimales : elles permettent d’obtenir une extraction et une désexctraction de l’argent efficaces (94 à 95%). Le facteur de concentration de l’argent est de 20 environ. La solution obtenue contient de l’argent et des traces de cuivre tel que le rapport Cu/Ag est de 0.07 contre 100 pour la solution de départ. Avec une phase interne constituée du sulfite du sodium (SO₃ Na₂) ; la désexctraction d’argent est plus rapide, empêchant la précipitation du TIBPS-Ag dans la membrane. Cela nous a encouragé à réaliser une étude systématique dans le but d’optimiser les facteurs principaux pour une séparation Ag/Cu plus sélective. On est donc arrivé à obtenir une extraction et une désexctraction quantitative de l’argent, et une séparation plus sélective que dans le cas de la thiourée. Pur une valeur de K (Vext/ V int) égale à 20, on récupère une phase interne dont les concentrations en argent et en cuivre sont respectivement égales à 960 et 7mg/l et donc un rapport Ag/Cu de 137 (Cu/Ag est passé de 100 à 0.0007). A la lumière de ces résultats positifs et pour donner plus de crédibilité à nos résultats dans la visée de s’approcher de la réalité industrielle, une étude en continu en colonne pulsée, nous a paru très intéressant à réaliser. Pour ce faire, une étude hydrodynamique préalable sur le comportement de la colonne pulsée dans laquelle on a défini les conditions opératoires optimales (amplitude (a), fréquence (f), débit spécifique total (DST), etc.) pour la mise en œuvre du transfert a été effectuée. Nous avons retenu pour la séparation Ag/Cu un intervalle auquel doit appartenir la valeur de a*f utilisée : entre 120 et 140cm/min. pour des débits spécifiques totaux (DST) peu élevés (entre 0,7 et 2.1h⁻₁ cm⁻₂ environ). L’exploitation des résultats obtenus à l’issu de l’étude du transfert de l’argent seul, nous a permis d’estimer le coefficient de transfert de l’argent (Eg) dans la colonne : Eg=2,59. 10⁻₃ cm/s. Dans le cas du mélange Ag-Cu en milieu acide nitrique (Ag⁺ ext mg/l ; Cu₂⁺ ext 5000mg/l, ; HNO₃ 0.5 mol/l) les résultats trouvés (Ag⁺ int 1815 mg/l et C u₂⁺ int 0.9 mg/l attestent de la faisabilité du procédé mis en œuvre. En plus de la possibilité de concentrer l’argent dans la phase interne d’un facteur 36 environ, cette technique permet aussi de récupérer une phase externe de pureté en cuivre égale à 99.99% et une phase interne de pureté en argent égale à 99.95%. L’ensemble des résultats ainsi obtenus nous a permis finalement de proposer un schéma du procédé continu susceptible d’être ultérieurement testé à l’échelle de pilote industriel.