Étude expérimentale de la production de fer électrolytique en milieu alcalin : mécanisme de réduction des oxydes et développement d'une cellule, Experimental study of the iron metal production by electrolysis in alkaline solution : iron oxide reduction mechanism and electrochemical cell development

De
Publié par

Sous la direction de Gérard Valentin, François Lapicque
Thèse soutenue le 20 décembre 2007: INPL
Le fer est l'un des rares métaux qui ne soit pas produit industriellement par électrolyse. Pour aider au développement d'un tel procédé pour l'acier, l'électrolyse des oxydes de fer en milieu sodique est examinée, selon deux approches. La première démarche consiste en l'étude expérimentale du mécanisme réactionnel. L'électrochimie des ions indique qu'il est possible de produire du métal par électrodéposition en milieu alcalin. Parallèlement, l'étude de la réduction d'une particule d'oxyde hématite révèle qu'elle subit, lors de sa conversion en fer métallique, une transformation macroscopique en phase solide. Les analyses démontrent la formation de magnétite comme intermédiaire réactionnel. La seconde démarche est dédiée à la production du fer métallique, par électrolyse d'une suspension de particules d'oxyde dans diverses configurations de cellules. L'incidence des paramètres de procédé a été établie et permet de proposer des éléments de conception d'une cellule industrielle
-Procédé d'électrolyse du fer
-Réduction électrochimique des oxydes de fer
-Génie électrochimique
-Dépôts de fer
-Cellule d'électrolyse
-Mécanismes de réduction
-Electrochimie du fer
-Electrolyse d'une suspension
Iron is one of the few metals which is not industrially produced by electrolysis. The electrowinning of iron metal from its oxides in alkaline solution has been studied to develop such an ironmaking route. Two approaches have been adopted. The first one concerns the evaluation of the reaction mechanism. The study of iron ions electrochemistry in alkaline media shows that the electrodeposition of iron metal is possible. The study of a single iron oxide particle reduction reveals that a reaction of the hematite solid phase is possible. The analysis of a partially converted particle proves that magnetite is formed as an intermediate. The second field of study is dedicated to the production of iron metal in various electrochemical cells, using a suspension electrolysis process. The influence of the key operating parameters is established to assess the possible scale-up. All these elements are gathered to propose the main features of an industrial cell dedicated to the reaction
-Iron electrochemistry
-Iron electrolysis process
-Iron oxide reduction
-Electrolysis cell
-Electrochemical engineering
-Aqueous electrolyte
Source: http://www.theses.fr/2007INPL109N/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
Lecture(s) : 154
Nombre de pages : 306
Voir plus Voir moins


AVERTISSEMENT



Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
poursuite pénale.

Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr




LIENS




Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
F
osé
VELAINE
National
herc
P
de
olytec
bre
hnique
t
de
à
Lorraine
CNRS
ENSIC
Jean-Pierre
-
ue
Lab
t
oratoire
OGLE
des
CHAINET
Sciences
orteur
du
de
Génie
de
Chimique
Gérard
École
CNRS
do
Examinateur



20
Sciences
dev
et
jury
Ingénierie
:
des
ENSCP
Ressources
jury
Pro
de

CNRS
Pro
DEGREZ
duits
ersité
En
Rapp
vironnemen
LAPICQUE
t
herc

de
THÈSE
ALENTIN
p
herc
our
de
obtenir
T
le
é
grade
Examinateur
de
souten
Do
le


de
2007
l'INPL
an
Discipline
le
:

Génie
de
des
Kevin
pro
Professeur

Présiden
présen
du
tée
Eric
par
Chargé
An

toine
he
ALLANORE
Rapp
Etude
Marc
expériment
Professeur
ale
l'Univ
de
Libre
la
Bruxelles
pr
orteur
oduction
rançois
de

fer

électr
he
ol
Co-Directeur
ytique
thèse
en
V
milieu



:
he


de
thèse

BIRA
des

o
Herv
xydes
LA
et

développement
Institut
d'unei
rère
mon
A
sa
Sarah,
A
A
F
mes
et
P
famille.
aren
ts,ts
RemerciemenM.
Ce
du
Remerciemen
F
ts

Ce
En
tra
remercier
v

ail
LSG2M
a
ses
b
emen

Mathias
de
v

l'in
ts
v
du
tra
iv
de
la
ainsi
par
oir
esprit
our

en
de
F
l'Union
à
Europ
t
éenne
la
et
très
de
la

depuis
Nationale
v
de

la
vu

remercie
herc
e
he
profonds
T
son
ec
partager
hnique
M.
dans
des
le
t

des
de
m'a
la
p


v
E.
en
ble
tion
p
Cifre
remercie
n
dimin

exister
770/2004.

Il
de
est
tiens
le
d'a
fruit
ainsi
d'une
orte

Je
oration
our
en
a
tre
t
le
preuv
Lab
d'électrolyse
oratoire
à
des
ateliers
Sciences
Christian
du
du
Génie
Mast
Chimique
de
(UPR
M.
CNRS
v
6811)
l'analyse
à
m'a
Nancy
siasme
et
mes
le
p

de
tre
fer
de
Je

v
herc
aux
he
ble

du
à

Maizières-
remercie
lès-Metz.
oration
Le

tra
:
v
andeix,
ail
Garcia
eectué
momen
duran
années,
t
une

Ritesh
trois
et
années,
mes
ma

formation
fréquence
à
de
la
à

ma
herc
en
he
t
et
en
les
t.
mo
t
destes
Kevin
a
oir
v
du

p
scien
qu'il
tiques



dans
remercier

Hanrot
thèse
sérieux
son
lequel
t
mon
le
d'ingénieur-do
fruit
ses
d'une
t
passionnan
d'une
te
Les

on
ora-
jour
tion
qualité
a
ail
v

ec
particulier
M.
hard
Herv

é
et
La
M.
v

elaine.
herc
Je
J'exprime
lui
ts
exprime
Delcroix
toute
our
ma
app

ertise
p
o
our
p
m'a
oir
v
en
oir,
our
en
he.
tre
ts
autres,
y
fait
a
partager
de
sa
ré-
motiv
xydes
ation
p
et
scien
les
très
fruits
M.
de
Basselin
sa

grande
ations

xydes.
scien
p
tique,
t
dans
de
le
haleureusemen
souci
je
d'un
grè.
dév
étudian
elopp
leur
emen
dév
t
de
rigoureux
le
de

la
Stride,

A.
sur
P
l'électrolyse
erspicace,
du
D.
fer.
enir
Je
passés
souhaite
trois
témoigner
à
de
enir,
ma
ensée
gratitude
Nadia
en
an,
v
Oliv
ers
Ladewig.
M.
famille
Jean-Pierre
qui
Birat
t
qui

m'a
de
fait
mes

v
p
n'aurait
our
la
mener


qui
étude.
duran
Je
années,
désire
t
souligner
t


bien
leur
son
mon
engagemen

t
Je
dans
égalemen

à
est
M.
un
Ogle

v
talyseur

p

our
jury
la
que

our
herc
térêt
he
p
in
à
tensiv
thèse
e
son
et
t.
inno
souhaite
v
M.
an
rançois
te
p
menée
le
au
a
sein
ec
de
il
son
suivi
équip
tra
e,
ail
et

a
et

précieuses
tribué
faisan
p
toujours
our
e
b
sérénité
eaucoup
te.
à

mon
étudiées
in
t
v
le
estissemen
grâce
t
la
p
du
ersonnel
v
dans
des

de
tra
Je
v
en
ail.
M.
Je

suis
et
extrêmemen
P
t
Beaurain

LSGC,
t
l'équip
à
de
M.

Gérard
du
V
tre
alen

tin
he
p
Maizières-lès-Metz.
our
mes
m'a
remerciemen
v
à
oir
Pierre
p
du
ermis
p
de
a
particip
oir
er
orté
à
exp

dans
a
des
v
xydes,
en
que
ture.
our
Son
v
in
fait
v
son
estissemen
thou-
t
p
p
la
ersonnel
herc
a
J'adresse
été
remerciemen
le
à
gage
Rém
de

la
our
réussite
v
de


discuter
tra
la
v

ail,
o
notammen
de
t
et
au
our
sein
suggestions
du
tiques.
LSGC.
suis
Je

le
à
remercie
Y
égalemen
es
t
p
p
sa
our
tribution
m'a
observ
v

oir
o
fait
L'ensem
partager
du
son
ersonnel
exp
départemen
érience
Ironmaking
de
site
la
Maizières-lès-Metz


herc
t
he.
et
Je
leur
remercie
sais

Je
haleureusemen
les
t
ts-stagiaires
M.
our
F

rançois
au

elopp
p
t
our
la
la
sur
qualité
pro
de
d'électrolyse

line
t
S.
scien-
J.
tique
eng,
et
V
p
N.
ersonnel
eignot,
qu'il
P
m'a
A.
oert
et
au
Lefevre.

souv
de
des

ts
trois
ensem
années.

Ses
dernières

et
relatifs

à
v
l'activité
j'ai
de
p

amicale
herc
our
he
Meddahi,
et
Dew
sa
Jonathas
grande
De
ouv
eira,
erture
Bradley
d'esprit
Je
on
ma
t
et
su
amis,
m'aider
on
à
notammen

eu
un
de
tra
la
v
ution
ail
la

de
à
visites.
8
tra
mains.
ail
M.
thèse
Eric
pu
Chainet
sans
et

M.
mes
Marc
de
Degrez

on
éclaira
t
vie
eu
t
l'amabilité
trois

tout
de

juger
l'en

ahissemen
tra
fréquen
v
du
ail,
et
et
science.
je
suis
eme6.
milieu
.
able
.
des
.
matières
.
Remerciemen
.
ts
.
iii
.
In
.
tro
.

.
générale
.
1
.
1.1
In
Con
.
texte

.
soude
.
.
.
.
.
.
.
5.3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Elémen
.
.
.
.
.
4.2
.
.
.
.
.
4.4
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
de
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
dynamique
.
Données
.
.
.
.
.
.
.
Diagrammes
.
.
.
.
3
.
1.2
.
Ob


.
de
.
la
.
thèse
.
.
.
.
de
.
.
.
30
.

.
.
.
.
.
ension
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
de
.
tro
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Réaction
.
.
.
.
.
.
.
himiques
.
.
.
.
.
44
.
.
.
.
.
.
5
.
1.3
T
Con
fer
ten
23
u
dynamiques
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
24
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
27
.
de
.
29
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ph
.
eau-soude
.
.
.
.
.
.
.
Propriétés
.
solides
.
.
.
.
.
.
6
.
I
.
Etude
d'une
de
en
la
tré
littérature
.
9
4.5
1
.
Elémen
.
ts
.
de
.

.
hnologie
.
sur
.
l'extraction
.
des
.
métaux
5
par
en
électrolyse.
5.1
11
.
1.1
.
In
.
tro
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
40
.
dégagemen
.
ydrogène
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
électro
.
l'o
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Conclusions
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Thermo
.
du
.
en
.
aqueux
.
3.1
.
thermo
.
.
12
.
1.2
.
P
.
anorama
.
rapide
.
des
.

.
et
.
pro
.

.
d'électrolyse
.
des
.
métaux
.
.
3.2
.
E-pH
.
.
.
.
.
.
.
.
13
.
1.3
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
.
ts
.
ph
.
himie
.
4.1
.
tro
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
30
.

.
ysiques
.
l'électrolyte
17
.
2
.
Pro
.

.
de
.
fer
.
à
.
partir
4.3
des
des
o
osés
xydes
ferrifères
en
.
milieu
.

.
19
.
2.1
.
In
.
tro
.

.
.
.
.
31
.
Propriétés
.
susp
.
d'hématite
.
milieu
.

.
.
.
.
.
.
.
33
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
37
.
Electrolyse
.
l'eau
.
milieu
.
39
.
In
20

2.2
.
Historique
.
et
.
résultats
.
en
.
termes
.
de
.
pro
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.2
.
de
.
t
.
l'h
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
20
.
2.3
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
40
.
Réactions
.

.
de
.
xygène
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
46
22
3.
d'un
I
T
243
able
.
des
.
matières
.
6
.
Etude
.
des
.
réactions
.
de
.

.
des
.
phases
.
ferrifères
.
en
.
milieu
3.4

.
47
.
6.1
173
In
.
tro
.

.
.
219
.
fer
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Description
.
.
.
3.3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Conclusion
.
.
.
.
.
susp
.
.
.
.
.
terprétations
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
l'hématite
.
.
.
.
.
au
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
48
.
6.2
.
Elémen
.
ts
.
sur
.
l'électro
.

.
himie
.

.
du
.
fer
.
en
.
milieu
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
pro
.
helle
48
exp
6.3
.
Les
.
réactions
.
de
3.2

.
des
.
o
.
xydes
186
à
.
l'état
.
solide
.
à
.
basse
216
temp
év
érature

.

.
.
51
.
6.4
de
Conclusion
la
.
.
.

.
pilotes
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
vi
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
130
.
exp
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
58
terprétation
I
.
I
.
Etude
.
thermo
.
dynamique
.
et
.
exp
.
érimen
.
tale
156
de
.
la
.
réaction
.
de
.

.
tion
.
des
.
o
.
xydes
.
de
170
fer
Etude
61
d'électrolyse
1
à
Thermo
lab
dynamique
Disp
du
taux
mélange
.
eau-soude-fer
.
63
.
1.1
.
Démarc
.
he
.
d'élab
.
oration
et
d'un
.
diagramme
.
E-pH
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Prop
.
réactionnel
65
de
1.2
sur
Résultats

.
Réaction
.
ersion
.
magnétite
.
.
.
.
.
.
.
4.2
.

.
partir
.
.
.
.
.
.
.
230
.
et
.
des
.
.
.
.
.
233
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
238
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
73
.
1.3
.
Conclusions
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.2
.
des
.
ériences
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
130
.
Résultats
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
86
.
2
.
Electro
.

.
himie
.
des
.
ions
.
fer
136
en
In
milieu
.

.
91
.
2.1
.
Disp
.
ositif
.
exp
.
érimen
.
tal
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.5
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
I
93
I
2.2
du
Iden

tication
d'une
et
ension
quan
l'éc
tication
du
des
oratoire
ions
3.1
fer
ositifs
en
érimen
équilibre
.
a
.
v
.
ec
.
l'hématite
.
.
.
.
.
.
.
95
.
2.3
.
Etude
.

.
himique
.
et
.
électro
176

Résultats
himique
in
de
.
la
.
magnétite
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.3
.
.
.
.
101
.
2.4
.
Pro
.

.
du
.
fer
.
métallique
.
à
.
partir
.
des
.
ions
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
IV
.
osition
.

.
et
.
aluation
.
ses
.

.
la
.
d'une
.
d'électrolyse
.
4.1
117
de
2.5
v
Conclusion
de
.
en
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
221
.
Réaction
.
pro
.
du
.
à
.
de
.
magnétite
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.3
.

.
application
.

.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
127
.
3
.
Con
.
v
.
ersion
.
électro
.

.
himique
.
des
.
o
.
xydes
.
de
.
fer
.
129
.
3.1
Conclusions
In
Littérature
tro
259

..
.
.
able
.
des
274
matières
.
vii
réactions
Annexes
.
260
.
5.1
zones
Comp
Chronoamp
osés
.
ioniques
Liste
du
.
fer
.
et
.
thermo
.
dynamique
.
.
et
.
la
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
T
.
es
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
263
.
5.2
.
Elémen
Lo
ts
ect
d'électro
formation

.
himie
.
sur
275
l'o
.
xygène
.
en
.
milieu
.

.
.
.
.
.
.
.
.
gures
.
deux
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
266
.
5.3
.
Ph
.

.
himie
.
des
.
surfaces
.
solides
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.5
.

.
asp
.
des
.
de
.
de
.
magnétite
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.6
.
érogrammes
.
.
.
.
.
.
.
.
270
.
5.4
.
Relation
.
en
.
tre
.
les
.
densités
.
de
.

.
t
.
limite
284
dans
des
le
287

de

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi