Techniques de raffinage des métaux précieux tels que l'or et l'argent
Le raffinage des métaux précieux comme l'or (Au) et l'argent (Ag) est un procédé essentiel pour accroître la pureté des métaux issus de minerais, de concentrés ou de matériaux recyclés (bijoux usagés, déchets électroniques et déchets industriels, par exemple). Compte tenu de leur valeur économique élevée et de leur utilisation répandue en joaillerie, en électronique, en médecine et dans l'investissement, les normes de pureté de l'or et de l'argent sont souvent très strictes, atteignant par exemple 99,9 % (3N) voire 99,99 % (4N). Pour y parvenir, différentes techniques de raffinage sont mises en œuvre, choisies en fonction du type de matière première, de sa teneur en impuretés, de l'échelle de production, des coûts et des impératifs de sécurité et d'environnement.
1. Étapes générales du raffinage : du concentré au métal pur
En général, le raffinage de l'or et de l'argent comprend plusieurs étapes. La première est la préparation du matériau : concassage, broyage, séparation physique (par exemple, par gravité ou flottation) et séchage. Le matériau est ensuite traité par extraction (lixiviation ou fusion) afin d'en extraire le métal précieux de la roche ou de la matrice d'alliage. Enfin, un raffinage est effectué pour éliminer les impuretés restantes jusqu'à l'obtention de la teneur souhaitée.
Le raffinage de l'or et de l'argent peut être réalisé par pyrométallurgie (fusion), hydrométallurgie (procédés chimiques en solution) ou électrométallurgie (électrolyse). En pratique, l'industrie combine souvent plusieurs méthodes pour optimiser l'efficacité et obtenir des produits de haute qualité.
2. Raffinage par pyrométallurgie (fusion et séparation)
a) Fusion et séparation des scories (Fusion)
Dans certains minerais ou concentrés, les métaux précieux sont concentrés par fusion avec un fondant. L'objectif est de former un métal liquide ou matte contenant l'or et l'argent, tandis que les impuretés sont transférées dans le laitier. Cette étape constitue une « concentration initiale », mais ne permet généralement pas d'obtenir un métal de haute pureté.
b) Coupellation pour séparer l'argent/l'or du plomb
La coupellation, une technique classique encore largement utilisée, consiste à chauffer un alliage de plomb (Pb) contenant un métal précieux en milieu oxydant. Le plomb s'oxyde en PbO₂ (litharge) et est absorbé par le matériau poreux (coupelle), tandis que l'or et l'argent, plus précieux, restent piégés. Cette méthode est efficace pour certains échantillons et est également employée en analyse, mais son application à l'échelle industrielle moderne est limitée par les émissions polluantes et la nécessité d'un contrôle rigoureux du procédé.
c) Séparation : Séparation de l'or et de l'argent
Si l'or et l'argent sont présents sous forme d'alliage (par exemple, dans les alliages utilisés en électronique ou en joaillerie), un procédé de séparation est nécessaire pour les dissocier. Traditionnellement, ce procédé consiste à dissoudre sélectivement l'argent à l'aide d'un acide spécifique, laissant l'or insoluble. L'argent peut ensuite être reprécipité, et l'or traité ultérieurement pour atteindre sa pureté.
La pyrométallurgie est une technique robuste pour la manipulation de grands volumes et de matériaux complexes, mais la consommation d'énergie et la gestion des émissions constituent des préoccupations majeures.
3. Raffinage par hydrométallurgie (dissolution et précipitation sélectives)
L'hydrométallurgie utilise des réactions chimiques en solution pour dissoudre l'or et l'argent, puis les séparer des impuretés. Ses avantages comprennent une sélectivité élevée et son application à une grande variété de matières premières, y compris les matériaux recyclés.
a) Cyanuration de l'or (Cyanuration)
L'une des méthodes d'extraction de l'or les plus connues est la cyanuration, qui consiste à dissoudre l'or dans une solution de cyanure en présence d'oxygène, formant ainsi un complexe soluble. Une fois l'or en solution, sa récupération s'effectue par :
– Adsorption sur charbon actif (CIP/CIL) : l'or est lié au charbon, puis libéré (élution) et précipité.
– Précipitation au zinc (Merrill-Crowe) : l'or est précipité à partir d'une solution à l'aide de zinc, ce procédé convient aux solutions claires ayant une certaine teneur en or.
Après sa récupération, l'or doit généralement encore être raffiné (par exemple, en le fondant en lingots d'or, puis en le raffinant électrochimiquement).
Note importante : l’utilisation du cyanure est strictement réglementée en raison de sa toxicité ; les installations modernes utilisent donc des systèmes clos, la détoxification des déchets et une surveillance environnementale rigoureuse.
b) Dissolution de l'argent : nitrate et thiosulfate
L'argent forme relativement facilement des sels/complexes solubles. Dans certains procédés, il peut être dissous sous forme de nitrate d'argent dans des milieux spécifiques, puis récupéré par précipitation (par exemple, sous forme de chlorure d'argent) ou par réduction en métal. D'autres solutions incluent des systèmes complexes tels que le thiosulfate dans des conditions contrôlées. Le choix du réactif dépend du type de matériau et des impuretés présentes.
c) Précipitation sélective et purification de la solution
Après dissolution du métal, la solution contient généralement des impuretés (cuivre, fer, zinc, nickel). Les techniques utilisées comprennent :
– Ajustement du pH pour précipiter les hydroxydes d'impuretés.
– Ajout d'agents précipitants pour former certains composés insolubles.
– Échange d'ions pour capturer sélectivement les complexes métalliques.
– Extraction par solvant dans certains procédés industriels.
Le succès de l'hydrométallurgie repose sur la maîtrise de la chimie des solutions : pH, potentiel redox, température et concentration des réactifs.
4. Électroraffinage : des normes de pureté élevées
Pour atteindre une pureté très élevée, l'industrie recourt largement au raffinage électrolytique. Le principe : des métaux impurs servent d'anodes et se dissolvent lors de l'électrolyse. Les métaux purs se déposent alors sur la cathode, tandis que certaines impuretés restent ou sont absorbées dans les résidus.
a) Procédé Wohlwill pour l'or
Le procédé Wohlwill est un procédé d'électroraffinage de l'or permettant de produire de l'or de très haute pureté (jusqu'à 99,99 %). L'or brut est utilisé comme anode, et l'or pur précipite sur la cathode. Les impuretés, comme l'argent, forment souvent un précipité insoluble qui s'accumule sous forme de boues anodiques. Ces boues sont ensuite traitées pour récupérer d'autres métaux précieux (dont l'argent et les métaux du groupe du platine).
L'avantage de ce procédé réside dans la très haute qualité du produit, mais il nécessite un bon contrôle des électrolytes et une infrastructure adéquate.
b) Procédé Moebius pour l'argent
Pour l'argent, le procédé Moebius est une méthode d'électroraffinage bien connue. L'argent présent à l'anode se dissout et précipite sous forme de cristaux d'argent pur sur la cathode. Les impuretés, comme l'or, sont insolubles et s'accumulent sous forme de boues anodiques, ce qui permet de les traiter séparément. Ce procédé est efficace et couramment utilisé dans les usines de raffinage de l'argent.
L'électroraffinage excelle dans la production de métaux « de qualité lingot » ou « de métaux fins », mais nécessite une alimentation électrique, un contrôle de la solution et la gestion des boues anodiques contenant des métaux précieux ainsi que des impuretés dangereuses.
5. Raffinage à partir de matériaux recyclés (exploitation minière urbaine)
Face à l'augmentation des déchets électroniques, la purification de l'or et de l'argent contenus dans ces « mines urbaines » revêt une importance croissante. Les cartes de circuits imprimés (PCB), les connecteurs et certains composants renferment de petites quantités d'or et d'argent, précieuses en apparence. Le procédé comprend généralement les étapes suivantes :
1. Prétraitement mécanique : tri, concassage, séparation magnétique/par courants de Foucault.
2. Lixiviation sélective : dissolution du métal de base (par exemple le cuivre), puis extraction de l'or/de l'argent.
3. Raffinage supplémentaire : précipitation sélective ou électroraffinage.
Les principaux défis du recyclage résident dans la complexité des matériaux (plastiques, résines, retardateurs de flamme bromés) et le risque de production de déchets dangereux. C'est pourquoi les procédés de recyclage modernes privilégient les systèmes fermés, la filtration et un traitement rigoureux des déchets.
6. Contrôle de la qualité : Tests et certification du contenu
Les produits en or et en argent purs sont généralement vérifiés par des méthodes analytiques telles que :
– Analyse par fusion (pour la détermination précise de la teneur en or/argent).
– XRF (fluorescence X) pour une analyse rapide de la composition.
– ICP-OES/ICP-MS pour une précision élevée à des niveaux d'impuretés infimes.
De plus, les lingots destinés au marché de l'investissement nécessitent souvent une certification, des poinçons d'usine (atelier monétaire/raffinerie), des numéros de série et certaines normes de pureté.
7. Aspects liés à la sécurité et à l'environnement
Le raffinage des métaux précieux expose l'industrie à des produits chimiques corrosifs et toxiques, ainsi qu'à des émissions potentielles. Les bonnes pratiques comprennent :
– Système de ventilation et épurateur de gaz.
– Traitement des eaux usées et détoxification des réactifs.
– Utilisation des EPI et procédures d’urgence.
– Audits environnementaux et conformité réglementaire.
Les approches modernes favorisent également l'utilisation de réactifs plus respectueux de l'environnement, l'efficacité énergétique et la récupération des produits chimiques issus du procédé.
conclusion
Les techniques de raffinage de l'or et de l'argent font appel à la pyrométallurgie, à l'hydrométallurgie et à l'électrométallurgie, l'électroraffinage étant essentiel pour obtenir une pureté optimale. Le choix de la méthode dépend de la matière première (minerai, concentré ou déchets recyclés), ainsi que des objectifs de pureté et de rentabilité. À l'ère industrielle moderne, le raffinage exige non seulement des métaux précieux de haute qualité, mais aussi la sécurité, le respect des réglementations et la responsabilité environnementale. Grâce aux progrès technologiques, les procédés de raffinage évoluent vers des systèmes plus sélectifs, économes en énergie et durables, sans compromettre la qualité de l'or et de l'argent produits.
