DU CUIVRE ET DE SES PRINCIPAUX COMPOSÉS AU POINT DE VUE CHIMIQUE

Historique. — Le cuivre a été connu dès la plus haute antiquité. Ce métal que l’on rencontre à l’état natif devait, en effet, de bonne heure fixer l’attention des hommes. Cependant, ce n’est qu’allié à l’étain qu’il a été d’abord employé, puisque c’est le bronze qui fut la première substance métallique que les peuples de l’Europe et de l’Asie aient exploitée et travaillée. Ils préparaient cet alliage en fondant ensemble des minerais de cuivre et d’étain et coulant ensuite dans des moules la masse en fusion. Ainsi obtenu, le bronze possédait, il est vrai, des qualités remarquables pour l’industrie naissante de l'humanité ; mais 1l était trop fragile et trop cassant pour les usages auxquels il était destiné ; son emploi aurait donc été presque impossible, si les peuples de l’Asie n'avaient trouvé de bonne heure le moyen de lui faire acquérir une très grande dureté par la trempe, opération

er i0 qui consiste à plonger dans l’eau froide le métal porté au rouge-cerise,

Dès ce moment, l'usage du bronze devient universel et remplace partout la pierre et le silex pour la fabrication des haches, des épées, des poignards et des instruments aratoires et mécaniques ; à l’époque de la pierre polie succède lépoque du bronze.

C’est par les mots d’æs et d’airain que le bronze fut d'abord désigné; Homère lui donna le nom de yarè et l’on peut ajouter que le cuônps des grecs que les traducteurs rendent par fer, n’était aussi le plus souvent qu'un alliage de cuivre et d’étain.

Si dans notre hémisphère, le bronze à été connu avant les métaux qui le constituent, dans le Nouveau-Monde, au contraire, Pemploi du cuivre a précédé celui du bronze, car les Indiens ont exploité de bonne heure les importantes mines de cuivre natif, qui existent sur'les bords du lac supérieur, aux État-Unis.

Le mot cuivre à été tiré du latin cuprum et ce terme luimème indique l’origine de ce métal, l’île de Chypre, parce que c’est de cette île que les Grecs et les Romains tirèrent la majeure partie de leur cuivre.

Etal naturel. — Le cuivre est un des métaux les plus répandus. Il existe dans la nature sous les formes les plus variées.

À l’état natif, on le rencontre rarement en cristaux isolés ; on le trouve soit en petits octaèdres réguliers, groupés confusément et disséminés au milieu des sables comme en Bolivie, soit en amas considérables comme sur les bords du lac supérieur aux États-Unis.

Ses minerais sont presque aussi répandus que ceux de ler, mais avee moins de profusion. Ceux que l’on rencontre

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le plus fréquemment sont: le sulfure cuivreux pur (chalcosine) et le sulfure double de fer el de cuivre (chalcopyrite). Le premier appelé cuivre gris par les mineurs est le plus riche de tous, mais on le trouve rarement en grande quantité. [Il esten masses compactes d’un noir de fer et d’un éclat métallique peu prononcé. Le second appelé aussi pyrile cuivreuse (Cu?S, Fe*S*) est le plus abondant de tous les minerais. Il se présente soit en masses compactes et concrétionnées, soit en cristaux octaédriques ou tétraédriques d’un jaune d’or foncé.

Il existe encore beaucoup d’autres minerais, mais on les rencontre plus rarement, ce sont:

La cuprile (cuivre rouge ou oxydulé) (oxyde cuivreux), la chessylithe (cuivre carbonaté bleu), la malachile (cuivre carbonaté :vert), la lunnile et la libethenite (phosphate de cuivre), l’aphanèse, l’olivénile, la tiroconite, l’erinite et la cornwallile (arséuiate de cuivre), l’algadonite et la domeykite (arséniures de cuivre), l’atacamile (cuivre muriaté, oxychlorure de cuivre hydraté), la panabase (sulfo-antimoniure de cuivre), la phillipsile (cuivre pyriteux hépatique), la ber- Zeline (sélémine de cuivre), la chrysocolle (hydro-silicate de cuivre) et la cyanose (sulfate de cuivre naturel).

C’est en Angleterre qu’existent les mines de cuivre les plus considérables.

En France, elles sont peu nombreuses, on en trouve à Chessy et à St-Bel près Lyon, à Baigorry (Pyrénées), en Bretagne. Elles sont maintenant presque complètement épuisées.

La Suède et la Norwège, la Russie, l'Amérique du Nord, l'Allemagne exploitent aussi de très importantes mines de cuivre.

Métallurgie. — La fabrication du cuivre avait lieu autre-

17e fois dans le voisinage des gites métallifères; de nos jours, les minerais extraits des différentes parties du monde sont le plus souvent traités dans des pays très éloignés. En France, on emploie les minerais provenant du Chili et du Pérou.

Les seuls minerais de cuivre assez abondants pour donner lieu à une exploitation régulière, sont: loxydule, le carbonale cuivreux, le sulfure cuivreux, et enfin le sulfure double de cuivre el de fer où cuivre pyriteux.

On exploite aussi quelquefois certaines eaux, dites de cémentation, tenant en dissolution du sulfate de cuivre naturel (eyanose), lorsque celui-ci s’y trouve en quantité suffisante. On recueille ces eaux dans de grands bassins ; on les fait évaporer pour en retirer le sel ou bien on place au fond des bassins de la vieille ferraille qui sépare le cuivre à l’état métallique. Celui-ci se précipite sous la forme cristalline et l'acide sulfurique mis en liberté s’unit à une quantité équivalente de fer. Le cuivre qu’on obtient ainsi est nommé cuivre de cémentation. I ne reste plus qu'à le soumettre au raffinage.

Quant aux minerais, leur traitement varie avec leur nature. I est des plus simples pour l’oxydule, le carbonate et même le sulfure cuivreux, des plus difficiles au contraire pour le sulfure double de cuivre et de fer.

Pour les deux premiers, il suffit, en effet, de les faire fondre au contact du charbon dans des fourneaux à cuve avec des scories siliceuses. On obtient ainsi du cuivre brut appelé cuivre noir, qu'on débarrasse aisément des matières étrangères au moyen du raffinage.

Pour le sulfure cuivreux, le traitement n’en est guère plus compliqué. On soumet le minerai au grillage, le soufre brûle en donnant de l'acide sulfureux qui se dégage et le cuivre passe à l’état d'oxyde. On réduit ce dernier par le

charbon, sous l'influence d’une température élevée et le métal se trouve isolé. \

Quant aux pyrites cuivreuses, elles exigent un traitement beaucoup plus long et beaucoup plus complexe.

Ce traitement est basé, d’une part, sur des grillages destinés à oxyder, autant que possible, les éléments du sulfure, puis sur une foute faite avec une addition de quartz et quelquefois de charbon. Ce dernier agit comme réductif, en ramenant une partie des oxydes à l’état de cuivre noir; le quartz agit par sa puissante affinité, à ces hautes températures, comme dissolvant du protoxyde de fer et le garantit d’une réduction trop complète en l’entraînant dans une nouvelle combinaison à l’état de silicate ; enfin, les sulfures non grillés et les sulfates réduits à l’état de sulfure par le charbon, constituent une #alte, qu'on peut considérer comme un nouveau minerai plus riche en cuivre que le minerai naturel et sur lequel on agit comme précédemment, jusqu’à ce qu’on obtienne une matte renfermant de 80 à 90 p. 100 de cuivre, que l’on désigne sous le nom de cuivre notr.

Deux méthodes sont généralement employées dans l’industrie pour letraitement des pyrites cuivreuses. La méthode galloise est suivie dans les usines qui emploient des minerais présentant toutes les variations de richesse et de composition ; les usines qui traitent des minerais à peu près constants dans leur nature et dans leur richesse, emploient la mé{hode continentale.

Méthode Galloise. — Cette méthode n’est guère employée qu’en Angleterre, pays où le prix de la houille est peu élevé, parce que tous les grillages et toutes les fusions étant réalisés au four à réverbère, elle nécessiterait des dépenses considérables en combustible.

Voici les parties essentielles de cette méthode:

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Le minerai mélangé d’une forte proportion de pyrite de fer est grillé dans un four à réverbère. Ce grillage qui à pour but l'oxydation du minerai, ne doit être complet que pour des minerais pyriteux purs. Lorsqu'ils renferment de l’arsenic et de l’antimoine, il doit être fait à basse température dans un air peu oxydant et en présence d’une grande quantité de pyrite de fer pour éviter la formation d’'arséniates et d’antimoniates fixes et indécomposables par la chaleur.

Le minerai grillé est mélangé avec les fondants nécessaires et des scories riches des opérations précédentes, et fondu dans un four à réverbère. Il se forme des scories qui viennent surnager à la surface et qu'on enlève au fur et à mesure de leur formation. Le résidu constitueune matte appelée #alte bronze, qui renferme tout le cuivre et une proportion notable d’arsenic, d’antimoine et d’étain et environ 50 p. 100 de soufre.

Cette matte est grillée de nouveau à température réduite et avec un léger excès d’air pour volatiliser de l’arsenic et de l’antimoine, à l’état d'acide arsénieux et d’oxyde d’antimoine; on fait suivre ce second grillage d’une nouvelle fonte avec une forte proportion de scories provenant de l’opération précédente.

On obtient ainsi une matte riche ou malle blanche, qui renferme encore de 21 à 22 p. 100 de soufre et une faible proportion de sulfure de fer.

Enfin, cette matte soumise au rôtissage donne le cuivre noir qu’on n'a plus qu’à affiner et raffiner.

Méthode continentale. — Cette méthode qui est suivie dans un grand nombre d'usines est aussi appelée méthode allemande.

On ajoute au minerai du sulfure de fer, quand il n’en contient pas naturellement assez pour que la proportion du

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cuivre n'excède pas 8 p. 100; on le grille ensuite en grands tas et à l’air libre. Une partie du soufre brûle en donnant de l'acide sulfureux qui se dégage, une autre partie s’oxyde et forme de l’acide sulfurique qui reste combiné aux oxydes de fer et de cuivre. L’arsenic et l’antimoine sont expulsés à l’état d'acide arsénieux et d'oxyde d’antimoine. Le minerai ainsi oxydé, mélangé d’un fondant approprié à sa gangue et des scories riches des opérations précédentes est fondu dans un four à manche. L’oxyde de cuivre est réduit à l’état métallique et le peroxyde de fer à l’état de protoxyde qui se combine avec la silice pour former du silicate de fer qui est entraîné avec les scories. Les sulfures indécomposés et les sulfates transformés en sulfures s’émparent du cuivre à mesure de sa réduction On obtient ainsi une matte qu'on casse en petits fragments et sur laquelle on opère comme précédemment. On réitère ces grillages et fontes alternatives jusqu'à ce qu’on ait amené la matte à être complètement convertie en cuivre noir.

Les deux grandes méthodes décrites ci-dessus sont les seules généralement employées, cependant des modifications leur sont apportées suivant la nature exceptionnelle des gangues et la proportion des impuretés d’un minerai de cuivre.

Affinage. — Le cuivre noir ainsi obtenu est encore très impur. Il renferme un peu de soufre et de fer et quelquefois des traces de plomb et d’antimoine. Une analyse de ce composé faite à Chessy a donné.

La silice existe probablement combinée au protoxyde de fer à l’état de silicate.

Dans tous les procédés d’affinages qui sont suivis, l’essentiel est d’opérer sous l'influence d’une forte masse d'oxygène, car, d'une part, le cuivre s’oxyde peu, tandis que le soufre, le fer et autres métaux étrangers sont beaucoup plus oxydables, mais fortement enchaînés dans la combinaison, et, d'autant plus difficiles à enlever, qu'ils sont en moindre proportion.

On opère différemment suivant les pays. En Angleterre, on fait usage de fours à reverbères; à Chessy d’une sorte de fourneau à coupelle muni de soufflets; dans la plupart des usines d'Allemagne, de foyers d'affinage, aussi munis de soufflets et dans lesquels le cuivre se trouve recouvert de charbon.

Voici la description de l’affinage au petit foyer. Cette opération s'exécute dans un petit foyer qui se compose d’un creuset hémisphérique, revêtu à l’intérieur d’une brasque formée d’une partie d'argile et de deux parties de charbon. En outre, il est muni du côté opposé àla tuyère d’un trou de coulée pour donner issue aux scories qui résultent de l’opération. Lorsque le cuivre noir est en pleine fusion, on projette avec le soufflet une certaine quantité d’air à la surface. Il se dégage de l'acide sulfureux accompagné de vapeurs blanches d’oxyde d’antimoine, quand ce métal existe dans le cuivre. De plus, le bain ne tarde pas à se couvrir d’une couche de seories que l’on enlève. Les premières ont une teinte verdâtre, qui est due à la présence de l’oxyde de fer; les suivantes sont colorées en rouge foncé et très riches en oxyde de cuivre. On n’arrête l’action du vent qu’au moment où, un bouillonnement produit par un dégagement considérable de gaz sulfureux, indique que le métal fondu chargé d’oxydule de cuivre réagit sur le sulfure de cuivre.