III. Traitement des mattes bronzes par le procédé

Bessemer.

Les procédés de fabrication du cuivre noir que nous venons de décrire exigent des opérations nombreuses et une dépense considérable de main-d'œuvre et de combustible. Aussi, jusque dans ces dernières années, la métallurgie du cuivre n'a -t -elle pu être pratiquée que dans les pays où la houille ou le bois sont à très bas prix.

De nombreux essais ont été tentés pour remédier à ces inconvénients; les fours ont été agrandis, on a généralisé l'utilisation des produits du grillage, mais la consommation de combustible a peu diminué, et atteint encore 15 à 18 tonnes par tonne de cuivre produit. Le seul très grand progrès réalisé dans la fabrication du cuivre a été dû à l'application de la cornue Bessemer au traitement des mattes cuivreuses.

Le procédé Bessemer consiste à souffler à travers la fonte en fusion, de lair sous une forte pression; en traversant la masse liquide, l'oxygène de l'air en brûle les impuretés diverses et affine le métal. Un métallurgiste de Lyon, M. Pierre Manhès, a réussi, après da nombreux mécomptes, à employer la même méthode pour purifier les mattes.

Son invention est un très grand succès pour la métallurgie française et jouera, dans la fabrication d.i cuivre,

PROCÉDÉ BE8SBMER 191

un rôle aussi important que le procédé Bessemer dans celle de l'acier.

Les analogies entre ces deux fabrications sont en effet très grandes. De même qu'au haut fourneau, le minerai est réduit à l'état de fonte, combinaison de fer et de carbone, de même le minerai de cuivre est transformé par une simple fusion, la fonte crue, en un composé sulfuré, formé de cuivre, de fer et de soufre. Dans ces deux opérations, on sépare les métaux des gangues, et l'on obtient des produits principaux analogues; d'un côté, c'est un carbure et un siliciure de fer et de manganèse; de l'autre, un sulfure de fer et de cuivre. Par la simple action du vent, on élimine pendant Topé-ration Bessemer le silicium, le manganèse et le carbone; delà même manière, on enlève à la matte son soufre et son fer, qui sont tous deux plus oxydables que le cuivre. Mais les difficultés rencontrées dans le traitement des mattes sont bien plus grandes que celles du traitement de la fonte, où les éléments à oxyder ne dépassent pas 9 à 10 pour 100 du poids du métal; la matte, au contraire, ne contient en géuéral que 20 pour ICO de cuivre. 11 faut donc enlever par oxydation 80 pour 100 des matières traitées. Les éléments étrangers de la fonte, silicium et carbone, développent en brûlant une quantité considérable de chaleur, le premier 7800, le second 8000 calories, ce qui élève considérablement la température du bain métallique et empêche tout dang'^r de refroidissement dû à l'action du vent. Le soufre

iQZ THANSFORUAnOtt DKS UA'ITEB BRONZBS BN CUlVRIt KOO,

et le fer au contraire ne produisent que 2300 et 1500 calories ; aussi les premiers essais faits en Angleterre parM. Holway.pour traiter les mattes au convertisseur

u couve rtiiteur pour l'DMnogt du cuitr«i procédé P, Minhéi.

Bessemer, aboutirent k un insuccès complet; la matte u solidifiait avant d'être affinée. M. Manhés ne fut pat découragé par l'échec des métallurgistes anglais, et fltde nombreux essais dans une usine k laminer le cuivre i ''édènes (Vaucluse), puis aux usines d'Ëguilles, près

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d'Avignon. II se servit d'une petite cornue pouvant contenir une charge de 50 kilogrammes de matte, et disposée à la façon de l'appareil Bessemer ordinaire, avec boite à vent à la base et tuyères verticales, injectant l'air de bas en haut dans le bain métallique.

La matte, contenant 25 à 30 pour 100 de cuivre, était fondue dans un petit four à cuve, et versée liquide dans la cornue. Le vent, soufflant à travers la matte, oxydait rapidement le soufre et le fer ; le soufre s'échappait à l'état d'acide sulfureux, le fer formait avec Tar gile du garnissage de la cornue une scorie fluide. Au début, l'opération marchait très bien ; la combustion du fer et du soufre suffisait pour maintenir la fluidité du bain métallique et de la scorie ferrugineuse ; mais peu à peu la matte devenait moins liquide ; l'insufflation du vent produisait une ébuUition tumultueuse avec projection de scories en dehors de l'appareil. Le cuivre formé se réunissait au fond de la cornue et se flgeait dans les tuyères, qui s'obstruaient graduellement. L'opération s'arrêtait, avant que la matte fût complètement débarrassée de son fer et de son soufre.

M. Manhès substitua alors aux tuyères verticales des tuyères injectant le vent dans le bain à une certaine distance au-dessus du fond de la cornue. La boîte à vent de la base fut remplacée par une couronne circulaire creuse, enveloppant la cornue à quelques centimètres du fond, et pourvue d'orifices latéraux injectant le vent horizontalement dans le bain métallique.

Dans Tappareil ainsi modifié, le cuivre ne se fige plus; au fur et à mesure qu'il se produit, il tombe en dessous de l'entrée de Tair et y reste à l'état liquide. Mais les scories sont encore très gênantes ; il est nécessaire de les couler partiellement avant la fin de l'opération, et même, lorsque les mattes sont pauvres, de faire lopération en deux fois, car les mattes, en s'enrichissaut, deviennent de plus en plus lourdes et gagnent le fond du convertisseur, où elles ne sont plus exposées h l'action oxydante du vent. Elles échappent ainsi au traitement, et il est impossible d'obtenir le cuivre ; il faut dans ce cas couler la matte enrichie à 60 pour 100, la séparer des scories, et achever l'opération dans une cornue regarnie à neuf. Le cuivre obtenu contient 1 1/2 à 2 pour 100 d*éléments étrangers.

M. Manhès a réussi à supprimer cet inconvénient, en se servant d'un convertisseur cylindrique à axe horizontal, qu'on peut faire tourner au moyen de manivelles, d'engrenages et d'un secteur denté (fig. 73). Le convertisseur est muni d'une boite à vent longitudinale, placée suivantune génératrice du cylindre. On peut, à l'aide de cet appareil, traiter en une seule opération les mattes pauvres; il suffit, en effet, d'incliner plus ou moins l'appareil pour faire arriver le vent à un point déterminé; on souffle au niveau le plus utile pour la matière h traiter.

La cornue, préalablement chauffée au rouge, reçoit une charge de 1000 kilogrammes de matte liquide, à

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travers laquelle on souffle le vent sous une pression de 25 à 30 centimètres de mercure, en plaçant les ouvertures de la boite à vent un peu au-dessous du niveau de la matte ; la température s'élève rapidement; des vapeurs sulfureuses jaunâtres et épaisses se dégagent. On les reçoit dans une gaine, qui communique avec une grande cheminée de 50 mètres de hauteur. A mesure que l'opération avance, on tourne le cylindre, de manière à toujours souffler le vent dans la matte et non dans la scorie, qui surnage. Après quinze ou vingt minutes de soufflage, les fumées diminuent et deviennent verdàtres, puis disparaissent subitement. On coule alors rapidement les scories sur le sol de l'usine, puis le cuivre dans des lingotières en fonte.

Les scories ont la composition suivante :

SiO« 35,90

Al«03 1,76

FeO 55,83

MnO 0,22

ZnO 0,8(5

Cu 2,14

Elles renferment habituellement 2 à 3 pour 100 de cuivre à l'état de grenailles ; ce n'est pas là un déchet réel, car on les ajoute aux minerais crus et on les repasse au four à cuve.

Le cuivre brut obtenu au convertisseur a une composition très constante.

Cuivre 98,5 à 98,8

Soufre 0,9 à 0,8

Fer 0,6 à 0.4

Dans la même cornue, on peut faire à la suite les unes des autres environ vingt opérations, après lesquelles il est nécessaire de refaire entièrement le garnissage. Le procédé Manhès permet de traiter non seulement des mattes pures, mais aussi des mattes contenant de Tarsenic, de l'antimoine et du plomb, tous ces éléments étant volatilisés en même temps que le fer et le soufre; on peut même passer au convertisseur, soit seuls, soit mélangés aux mattes, de vieux bronzes, de vieux laitons ; le zinc, l'étain et le plomb s'oxydent facilement. Le nickel et le bismuth résistent à l'action du vent et se concentrent dans le cuivre. Jusqu'à présent le procédé Manhès s'est donc trouvé insuffisant vis-à-vis de ces deux corps, tandis que l'élimination de l'arsenic et de l'antimoine^ qui crée tant de difficultés dans les fusions au réverbère et au four à cuve, se fait très facilement; ces deux métalloïdes disparaissent presque entièrement, ils sont probablement entraînés mécaniquement par le vent.

La consommation totale de houille est d'environ

5 tonnes par tonne de cuivre marchand, tandis que,

pour des minerais de même valeur, traités par la mé-

' ode anglaise, elle serait d'environ 15 tonnes. Les frais

fabrication ne dépassent pas, aux usines d'Ëguilles,

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150 francs par tonne de cuivre, malgré rélévation des frais généraux et du prix du coke, tandis que les frais de traitement du cuivre au réverbère à Swansea sont évalués à 350 francs.

En résumé, le procédé Manhès simplifie la métallurgie du cuivre et la rend plus économique ; au lieu de six ou huit opérations coûteuses, tour à tour oxydantes et rèductives, faites au réverbère pour éliminer successiTement le soufre, le fer et les autres éléments, le traitement se compose d'une fonte pour mattes, à laquelle succède directement le travail du convertisseur, qui donne un métal plus pur que le cuivre noir ordinaire.

Aussi le procédé Manhès s'est-il rapidement répandu à l'étranger ; des convertisseurs fonctionnent dans plusieurs usines aux Etats-Unis, au Chili et en Espagne, et y donnent les meilleurs résultats.