D’après l’archéologue Paul Cradock, les indiens avaient inventé au XIIe siècle un procédé d’extraction du zinc.
Ce procédé a été décrit par des lettrés dans divers ouvrages comme le Rasaratnassamuchchaya (XIVe siècle).
Basé sur la condensation de la vapeur de zinc, il présente des similitudes avec les procédés industriels modernes.
Le minerai (sulfure de zinc, aujourd’hui appelé blende) était « grillé » pour obtenir de l’oxyde de zinc .
L’oxyde ainsi obtenu, mélangé avec diverses matières organiques (source de carbone) et de la dolomie, était placé dans un creuset de terre de forme allongé.
Ce pot était appelé aubergine. Une baguette de bois était plantée dans le mélange afin de créer un conduit par lequel circulera le gaz pendant la chauffe. Le creuset était fermé par un couvercle muni en son centre d’un long conduit servant de condenseur.
Plusieurs aubergines étaient placées dans un four, le condenseur dirigé vers le bas.
La charge ainsi constituée était chauffée par un feu qui brûlait au-dessus.
La chaleur résultant du feu provoquait la vaporisation du zinc.
Celui-ci se condensait dans les conduits des condenseurs situés dans la partie basse du dispositif (donc plus froide).

Plusieurs méthodes ont été expérimentées au XVIIIe siècle pour extraire le zinc de ses divers minerais.
En 1742, le chimiste suédois Anton von Swab distilla du zinc à partir de la calamine
En 1744 le même Anton von Swab en distille à partir de la blende.
De façon indépendante, Andreas Sigismund Marggraf réduisit de la calamine en 1746 et démontra que le zinc pouvait être extrait de la blende.
C’est William Champion (1709-1789) qui fera, à partir de la calamine, la première tentative industrielle de production de zinc à l’aide d’un condensateur ressemblant aux condensateurs indiens.
Il installa son usine en 1743 à Bristol en Angleterre.
Son procédé était basé sur des creusets verticaux prolongés dans le bas de condensateurs trempant dans de l’eau pour les refroidir.
Il fallait soixante dix heures pour produire 400 kg de zinc.
La production annuelle de l’usine est estimée à environ 200 tonnes par an. Le procédé consommait beaucoup d’énergie.
Johan Ruberg (1751-1807) à partir de 1798 en Silésie améliore le procédé par des creusets horizontaux, permettant un chargement et un déchargement sans refroidir l’installation, c’est-à-dire en améliorant nettement le rendement énergétique.
Ce procédé a inspiré de nombreuses usines en Europe et notamment en Belgique dans la région de Liège où Jean-Jacques Daniel Dony (1759-1819) créa une première usine en 1805 puis en 1810 dans le faubourg Saint-Léonard de Liège.
Dony y a encore modifié le principe des creusets horizontaux.
La Belgique étant alors sous domination française, Napoléon Ier lui a accordé la concession du gisement belge le plus riche en zinc (Moresnet/La Calamine).
Ces usines belges sont à l’origine de la Société des Mines et Fonderie de la Vieille Montagne (créée en 1837) qui devint rapidement leader dans la production de zinc.

Séparation des concentres de zinc

Le minerai (généralement la blende) est broyé afin d’obtenir de très fines particules qui vont être soumises à divers traitements chimiques, selon la nature du minerai.
L’objectif est d’en retirer le maximum d’éléments étrangers et d’impuretés pour séparer, le sulfure de sa gangue (silicate, carbonate etc).
Les différents concentrés présents dans la roche sont ensuite séparés par un procédé de flottation comme cela est le cas pour la famille des platinoïdes
Cette technique est basée sur le fait que lorsqu’elles sont en suspension, les particules minérales recouvertes de certains produits chimiques s’agglutinent aux bulles d’air qui sont insufflées par le bas de la cellule de flottation et remontent en surface.
Un dépôt mousseux se forme alors à la surface.
Il sera récupéré et envoyé à travers plusieurs filtres.
A la sortie de ce processus, on recueille plusieurs concentrés de sulfure de zinc et de sulfure de plomb.

Affinage
C’est certainement l’étape la plus importante du processus.
Afin d’obtenir du métal brut, l’industrie métallurgique du zinc utilise deux procédés : l’hydro et la pyrométallurgie.
L’extraction par voie humide (par électrolyse ou hydrométallurgie)
L’hydrométallurgie consiste à la production, la purification ou l’élimination de métaux ou de composés de métaux au moyen de réactions chimiques.

Cette méthode est principalement utilisée dans le traitement des roches faisant apparaître une forte teneur en fer.
Elle se déroule en quatre volets qui sont respectivement : le grillage, la lixiviation, la purification et l’électrolyse.

– Le grillage :
Le grillage pourra transformer le sulfure de zinc en oxyde.
Le dioxyde de soufre obtenu va permettre de donner de l’acide sulfurique qui entrera pour partie dans la fabrication d’agents fertilisants et pour l’autre continuera dans le processus vers l’étape suivante dite de lixiviation.

– Lixiviation
Au cours de la phase de lixiviation hydrolyse, la calcine produite précédemment va être attaquée à l’aide d’une solution diluée d’acide sulfurique (180 à 190 g/l) en milieu oxydant pour obtenir du sulfate de zinc et du soufre sous forme solide.
Cette opération s’effectue aux environs de 60°C et dure entre une et trois heures.
On élimine certaines impuretés métalliques : arsenic, germanium et indium en injectant des ions ferreux (Fe2+) qui précipitent en hydroxyde de fer (Fe(OH)3) en entraînant ces composés.
On sépare par décantation la solution d’ions zinc qui sera traitée par cémentation puis électrolysée.
A ce stade, il reste encore entre 10 à 25% de zinc insoluble qui va être récupéré grâce à une opération complémentaire de lixiviation acide.
La mise en solution des 20% de zinc restant est obtenue en utilisant de l’acide sulfurique concentré.
Le fer et le cuivre sont également solubilisés.
La solution décante pour séparer les éléments solubilisés des déchets solides résiduels du minerai et de certains éléments insolubles.
On extrait le fer de la solution contenant le zinc en le précipitant sous forme d’hydroxyde ferrique (Fe(OH)3).
La solution de zinc ainsi obtenue sera réintroduite dans l’opération de lixiviation hydrolyse.

– Cémentation
Le but de la cémentation de la solution issue de l’opération de lixiviation hydrolyse est de retirer les éléments : Cobalt, Nickel, Cadmium et Cuivre.
Ces éléments ayant été solubilisés sous forme d’ions.
Le principe est de mettre en contact l’ion métal (exemple Cu2+) avec un métal ayant un pouvoir réducteur plus important (moins électronégatif).
On utilise ici de la poudre de zinc fine.
L’opération se fait par plusieurs cémentations successives.
La difficulté d’extraire les éléments suit l’ordre suivant par difficulté croissante : Cuivre, Cadmium, Nickel, Cobalt
On joue en particulier sur la température (entre 45 °C et 65 °C pour le cadmium, 75 °C et 95 °C pour le cobalt).
Les liquides et les solides sont séparés par filtration.

– Électrolyse
Une fois la solution purifiée, elle est versée dans des réservoirs d’électrolyse (cuves en ciment revêtue de PVC) constitués d’anodes en plomb et de cathodes en aluminium.
Cette opération se déroule entre 30 et 40°C et va permettre au zinc de se déposer sur la cathode d’où il sera décollé par pelage (ou stripping) toutes les 24, 48 ou 72 heures selon le cas.
La production par cellules qui contiennent jusqu’à 86 cathodes de 1,6 m², peut atteindre 3 t/jour.
Le zinc obtenu est très pur (99,995 %). Il contient moins de 50 ppm d’impuretés, la principale étant le plomb.
Finalement, le zinc obtenu est fondu et moulé en plaques.
C’est sous cette forme qu’il sera mis sur le marché industriel.

L’extraction par voie sèche (appellée aussi par voie thermique, ou pyrométallurgique)

Cette réduction concerne en priorité, les concentrés riches en plomb et en autres impuretés métalliques valorisables.
La pyrométallurgie est la technique traditionnelle d’extraction des métaux.
Elle permet d’obtenir des métaux à partir de leurs minerais ou de leurs concentrés au moyen de la chaleur.
Il s’agit notamment d’extraire le métal du minerai, d’éliminer la gangue du minerai et de purifier les métaux.
Ce procédé est le premier apparu dans l’histoire.
Le procédé pyrométallurgique est constitué des opérations suivantes :
grillage du sulfure pour obtenir un oxyde de zinc,
réduction de l’oxyde
affinage par liquation et distillation

– Grillage du sulfure
Le grillage. a pour but de transformer le sulfure en oxyde.
L’obtention de l’oxyde de zinc ZnO est réalisée à une température comprise entre 910 °C et 980 °C.
L’oxyde obtenu est appelé « calcine ».
Le zinc obtenu par le biais de cette méthode contient entre 0,5 et 1,5% d’impuretés, principalement du plomb et du fer, plus rarement, du cadmium, de l’arsenic, de l’antimoine ou du cuivre.

Réduction de l’oxyde
Pour réduire l’oxyde de zinc, il faut le chauffer à une température supérieure à la température de vaporisation du zinc (907 °C).
Tous ces procédés sont basés sur le chauffage de l’oxyde pour obtenir le zinc sous forme gazeuse, par carboréduction.
Le zinc est récupéré par condensation de ce gaz.
On distingue trois types de procédé, en creuset vertical, en creuset horizontal, Imperial smelting

Procédé en creuset vertical
Un mélange de calcine, fine de charbon et d’un liant. est après cokéfaction placé dans un creuset de carbure de silicium d’une dizaine de mètres de haut et d’une section rectangulaire d’environ 2 m par 0,3 m.
Le creuset est alimenté en continu par le haut et il est chauffé à une température comprise entre 1 280 °C et 1 320 °C.
L’oxyde de zinc se réduit au contact du carbone en zinc métallique.
À l’issue de la réaction, le zinc est gazeux et encore mélangé à du monoxyde de carbone gazeux.
À partir de ce mélange récupéré en haut du creuset, le zinc est condensé à l’aide d’une turbine.

Procédé en creuset horizontal
Le creuset est en terre réfractaire et d’une capacité relativement réduite.
Il est constitué d’une chambre dans laquelle sera placé un mélange calcine, charbon (en excès).
Elle est prolongée par un condenseur qui servira à condenser les vapeurs de zinc et d’une allonge qui collectera les gaz et en particulier le monoxyde de carbone qui sera brûlé à la sortie.
Compte tenu de la faible capacité des creusets, ils sont associés en batterie.
Les creusets sont chauffés pendant une durée de un à deux jours à 1 200 °C.
Le rendement de ce procédé est relativement faible en comparaison des autres procédés.

Procédé Imperial smelting
Ce procédé est utilisé quand on veut extraire d’autres métaux (cuivre, or, antimoine, bismuth, argent) présents dans le minerai.
Le procédé comporte des similitudes avec celui de l’extraction de la fonte dans un haut-fourneau.
On mélange dans le four de la calcine et du coke.
Ce mélange s’écoule de haut en bas.
La combustion du coke en bas du four produit du monoxyde de carbone.
Ce gaz réducteur monte et réduit l’oxyde de zinc en zinc métal.
Le zinc se gazéifie et est collecté en haut du dispositif alors que le plomb liquide s’écoule avec un laitier contenant divers oxydes : SiO, Al2O3, CaO, SO2.
En s’écoulant, le plomb emmène d’autres éléments métalliques qui peuvent être valorisés.
Le mélange gazeux capté en haut du four contient environ 8% de zinc ; 25% de monoxyde de carbone et 11% de dioxyde de carbone.
Le gaz traverse une pulvérisation de gouttelettes de plomb en fusion à une température de 550 °C.
On récupérera 1 tonne de zinc pour 400 tonnes de plomb.
À la sortie du condenseur, le mélange plomb- zinc est traité par liquation (le zinc liquide flottant sur le plomb) afin de séparer le plomb du zinc qui contient encore 1,5% de plomb.
Le zinc obtenu lors des opérations précédentes contient encore du plomb et d’autres impuretés (fer, cadmium dans des proportions de l’ordre de 0,1%).
Pour augmenter le titre en zinc du métal, il est affiné par deux opérations : la liquation et la distillation.
La liquation est basée sur une différence de miscibilité entre le plomb et le zinc à une température comprise entre 430 °C et 440 °C.
De même, la solubilité du fer décroît fortement lorsque l’on refroidit le mélange fer- zinc.
En traitant le zinc issu des opérations précédentes dans un four à réverbère à une température comprise entre 430 °C et 440 °C pendant un à deux jours, on sépare le zinc qui contient encore 0,9 % de plomb de ce qui s’appelle la ‘’matte de zinc’’ contenant du plomb, 5 à 6 % de zinc et un composé ferreux de composition FeZn13.
Pour obtenir un zinc pur, il faut passer par une opération de distillation fractionnée qui permet de séparer les différents constituants métalliques en jouant sur leurs températures de fusion.
Pour cela, on chauffe le mélange de métaux pour le rendre gazeux.
À l’aide de diverses colonnes de distillation, on sépare les métaux en les condensant.

According to archaeologist Paul Cradock , the Indians had invented in the twelfth century a process of extraction of zinc.
This process has been described by scholars in books like Rasaratnassamuchchaya ( fourteenth century).
Based on the condensation of zinc vapor , it has similarities with modern industrial processes.
Ore ( zinc sulphide , sphalerite now called ) was  » grilled  » for zinc oxide .
The oxide thus obtained , mixed with various organic materials ( carbon source ) and dolomite , was placed in a crucible earth elongated shape.
This pot was called eggplant. A wooden stick was planted in the mixture to create a conduit through which the gas circulates during heating . The crucible was closed with a cover provided at its center along a conduit serving as a condenser .
Several aubergines were placed in an oven , the condenser downward .
The charge thus formed was heated by a fire burning above .
The heat resulting from the fire caused the vaporization of zinc.
It is condensed in the condenser conduits located in the lower part of the device (hence coldest ) .

Several methods have been tried in the eighteenth century to extract zinc from its various ores .
In 1742 , the Swedish chemist Anton von Swab distilled zinc from calamine
In 1744 the same Anton von Swab distils from sphalerite .
Independently , Andreas Sigismund Marggraf reduced the scale in 1746 and showed that zinc could be extracted from sphalerite .
This is William Champion (1709-1789) that will , from the scale, the first industrial attempt zinc production using a capacitor -like Indian capacitors.
He set up his factory in 1743 in Bristol, England .
His method was based on vertical crucibles extended at the bottom of capacitors dipped in water to cool them.
It was seventy hours to produce 400 kg of zinc.
The annual production of the plant is estimated at about 200 tons per year . The process consumes a lot of energy .
Johan Ruberg (1751-1807) in 1798 in Silesia improves the process by horizontal crucible for loading and unloading without cooling installation, that is to say, clearly improving energy efficiency .
This process has inspired many factories in Europe, especially in Belgium in Liege area where Jean- Jacques Daniel Dony (1759-1819) created the first factory in 1805 and then in 1810 in the Saint -Léonard de Liège .
Dony are further modified the principle of horizontal crucibles.
Belgium was then under French domination , Napoleon was granted the concession of the richest zinc ( Moresnet / La Calamine ) Belgian deposit.
These Belgian plants are the source of the Society of Mining and Foundry Old Mountain ( created in 1837 ), which quickly became a leader in the production of zinc.

Separation of zinc concentrates

Ore ( sphalerite generally ) is ground to obtain very fine particles that will be subjected to various chemical treatments , depending on the nature of the ore.
The objective is to obtain the maximum foreign elements and impurities to separate sulfide, its matrix ( silicate , carbonate , etc. ) .
Various concentrated in the rock are then separated by a flotation process as is the case for the family of PGMs
This technique is based on the fact that when suspended mineral particles coated with certain chemicals congregate to air bubbles are blown from the bottom of the flotation cell and rise to the surface .
Then deposit a foam forms on the surface .
It will be recovered and passed through several filters.
At the output of this process , several zinc sulphide concentrate and lead sulfide is recovered.

refining
This is definitely the most important step in the process .
To obtain crude metal, zinc metal industry uses two processes: hydro and pyrometallurgical .
The wet milling ( by electrolysis or hydrometallurgy )
Hydrometallurgy is the production, purification or removal of metals or metal compounds by means of chemical reactions.

This method is used primarily in the treatment of rocks showing a high iron content .
It consists of four components which are respectively : the roasting, leaching , purification and electrolysis.

– Roasting :
Roasting may convert zinc sulfide oxide .
Sulfur dioxide obtained will allow to give sulfuric acid which comes partly in the manufacture of fertilizers and other agents in the process continue to the next step called leaching.

– Leaching
During the leaching stage hydrolysis , the calcine produced previously will be challenged using a dilute solution of sulfuric acid ( 180-190 g / l ) in an oxidizing medium to obtain zinc sulfate and sulfur in solid.
This is done at around 60 ° C and lasts between one and three hours .
Some metallic impurities are removed arsenic, germanium and indium by injecting ferrous ions ( Fe 2 + ) that precipitate iron hydroxide (Fe (OH) 3) causing these compounds.
Was decanted from the zinc ion solution to be treated by cementation then electrolyzed .
At this stage , there are still between 10 to 25% of insoluble zinc will be recovered through a complementary operation of acid leaching.
The dissolution of the remaining 20% of zinc is obtained by using concentrated sulfuric acid.
Iron and copper are dissolved .
The solution decanted to separate the elements dissolved solid waste residual ore and some insoluble components .
Iron from the solution containing the zinc is extracted by precipitation as ferric hydroxide (Fe (OH ) 3).
The zinc solution thus obtained is fed back into the leaching step hydrolysis.

– cementation
The purpose of cementing the solution from the leaching operation is hydrolyzed to remove elements : Cobalt , Nickel , Copper and Cadmium .
These having been dissolved as ions .
The principle is to touch the metal ion ( eg Cu2 + ) with a metal having a higher reducing power (less electronegative ) .
Here use is made of fine powder of zinc.
The operation is done by successive cementations .
The difficulty of extracting the elements follows the order by increasing difficulty : Copper, Cadmium , Nickel , Cobalt
It plays in particular the temperature ( between 45 ° C and 65 ° C for cadmium, 75 ° C and 95 ° C for cobalt ) .
Liquids and solids are separated by filtration.

– Electrolysis
Once the purified solution , it is poured into the electrolytic tank ( cement tanks coated PVC ) consists of lead anodes and aluminum cathodes .
This operation takes place between 30 and 40 ° C and will allow the zinc to be deposited on the cathode where it will peel off (or stripping) every 24 , 48 or 72 hours depending on the case .
Production by cells that contain up to 86 cathodes of 1.6 m², up to 3 t / day.
Zinc obtained is very pure ( 99.995 %). It contains less than 50 ppm of impurities , the main one being lead.
Finally, the resulting zinc is melted and molded into plates.
It is in this form that will be on the industrial market.

Extraction with dry ( also called thermally, or pyrometallurgical )

This reduction primarily concerns , concentrates rich in lead and other valuable metal impurities .
Pyrometallurgy is the traditional technique for extracting metals.
It allows obtaining metals from their ores or concentrates thereof by means of heat.
These include extract the metal from the ore , remove the gangue and ore to purify metals.
This process is the first appeared in history .
The pyrometallurgical process consists of the following:
roasting of sulfide to obtain a zinc oxide,
reduction of the oxide
refining and distillation liquation

– Toasting sulfide
The fence. aims to transform the sulfide to oxide .
The obtaining of zinc oxide ZnO is effected at a temperature between 910 ° C and 980 ° C.
The obtained oxide is called  » calcined « .
Zinc obtained through this method contains 0.5 to 1.5 % of impurities , mainly lead and iron, more rarely , cadmium , arsenic , antimony or copper.

Oxide reduction
To reduce the zinc oxide must be heated to a temperature above the vaporization temperature of zinc (907 ° C ) .
All these methods are based on heating the zinc oxide to obtain the gaseous form , for carboreduction .
Zinc is recovered by condensation of the gas.
There are three types of processes , vertical furnace, horizontal furnace, Imperial smelting

Vertical crucible method
A mixture of calcined fine coal and a binder . After coking is placed in a silicon carbide crucible of ten meters high and a rectangular section of approximately 2 m by 0.3 m.
The crucible is continuously supplied from above and is heated to a temperature between 1280 ° C and 1320 ° C.
Zinc oxide is reduced in contact with the zinc metal atoms .
After the reaction, the zinc gas and even mixed with carbon monoxide gas .
From this mixture recovered at the top of the crucible, the zinc is condensed with a turbine.

Horizontal crucible method
The crucible is fireclay and a relatively small capacity.
It consists of a chamber in which is placed a calcined mixture , carbon ( in excess) .
It is extended by a condenser used to condense the zinc vapors and an extension that collect gases and in particular carbon monoxide to be burned at the outlet .
Given the limited capacity of crucibles, they are associated with battery.
The crucibles are heated for a period of one to two days to 1200 ° C.
The performance of this method is relatively low compared to other methods.

Imperial smelting process
This process is used when you want to extract other metals (copper , gold, antimony , bismuth , silver) in the ore .
The process has similarities to that of extraction of the cast iron in a blast furnace .
Mixing in the furnace and calcined coke.
This mixture flows from the top downwards.
The combustion of coke in the furnace bottom of the carbon monoxide product .
This reducing gas rises and reduced zinc oxide zinc metal.
Zinc gasifies and is collected at the top of the device while the liquid flows at a lead slag containing various oxides : SiO , Al2O3 , CaO, SO2 .
In flowing , takes the lead of other metals that can be recycled.
The gas mixture sensed at the top of the furnace contains about 8 % zinc , 25% carbon monoxide and 11 % carbon dioxide.
The gas passes through a spray of droplets of molten lead at a temperature of 550 ° C.
We recover one ton of zinc to 400 tons of lead .
At the outlet of the condenser , the lead-zinc mixture is processed by liquation (liquid zinc floating on lead ) to separate lead zinc which still contains 1.5 % lead.
Zinc obtained in previous operations still contains lead and other impurities (iron, cadmium in amounts of about 0.1 %).
To increase the zinc as the metal is refined by two operations: liquation and distillation.
Liquation is based on a difference in miscibility between the lead and zinc at a temperature between 430 ° C and 440 ° C.
Similarly, the solubility of iron decreases greatly when the iron -zinc mixture is cooled .
By treating the zinc from previous operations in a reverberatory furnace at a temperature between 430 ° C and 440 ° C for one to two days, the zinc which still contains 0.9 % lead that is removed is called the matte  »  » zinc containing lead, 5-6 % zinc and a ferrous compound FeZn13 composition .
For pure zinc , it must go through a process of fractional distillation which separates the various metal components playing on their melting temperatures .
For this, the metal mixture is heated to make gas .
Using various distillation columns , metals are separated by condensing .