CHAPITRE VI
ÉLECTRO-MÉTALLURGIE. — AFFINAGE DES MÉTAUX. — AFFINAGE DU CUIVRE. — PRINCIPALES USINES ÉLECTRO- MÉTALLURGIQUES. — AFFINAGE DU PLOMB. — TRAI- TEMENT DES MINERAIS PAR l'ÉLECTRICITÉ. — CUI- VRAGE. — DORURE.
L'électro-métallurgie est une science bien moderne, mais elle rend déjà des services considérables aux industi-ies consacrées à l'extraction des métaux. Dans ces diverses industries, on se sert aujourd'hui de l'électricité pour isoler les métaux, et l'on emploie la voie humide, alors que, jusqu'ici, la voie sèche était seule en usage.
On sait que l'on peut opérer directement le dépôt d'un alliage en employant
un bain formé par le mélange des sels des métaux qu'il s'agit de réunir. Inversement, on peut, et c'est sur cette remarque qu'est basé l'emploi de l'électro-métallurgie pour l'obtention de métaux purs, déposer un seul des métaux dont les sels dissous composent le bain.
Par exemple, dans le cas d'un mélange de sels de cuivre et de nickel, on peut déposer d'abord tout le cuivre, en opérant dans un liquide acide, puis tout le nickel, en ajoutant au bain du chlorhydrate d'ammoniaque. Cette méthode est, à la fois, très élégante et très sûre.
On peut opérer d'une manière analogue avec des mélanges plus complexes, et obtenir, par les procédés de l'électrolyse, un dosage exact de tous les métaux qu'ils renferment.
L'affinage du cuivre au moyen du courant électrique, permet d'obtenir, non seulement du cuivre chimiquement pur, mais encore un certain nombre d'auti-es métaux d'une plus grande valeur industrielle ou commerciale, qui s'y trouvent mélangés en proportions trop faibles pour que les méthodes par voie sèche puissent être utilement employées.
Pour affiner le cuivre, il suffit d'employer, au pôle positif, une lame de cuivre du commerce plongeant dans un bain saturé de sulfate de cuivre, et qui forme l'anode ; à la cathode, ou lame négative, on voit se déposer, sous l'influence du courant, du cuivre chimiquement pur.
Dans l'industrie , on considère que l'énergie électrique nécessaire pour obtenir la décomposition du sel de cuivre et le dépôt du métal, est négligeable devant celle qu'absorbe la résistance du bain. On est conduit, de la sorte, à employer des bains d'une résistance très faible, et l'on peut alors monter plusieurs bains en tension, disposition qvii permet, avec le même diamètre de conducteurs que précédemment, de décupler le poids
de cuivre déposé par heure. On sait, en effet, que, dans ces conditions, l'intensité du courant restant la même, la perte dans les conducteurs n'augmente pas ; la force électro-motrice, et par suite, la vitesse des machines génératrices augmente seule, en raison même de l'augmentation de résistance du circuit extérieur.
Les machines les plus employées dans l'industrie pour l'affinage du cuivre, sont la machine dynamo-électrique Siemens, que nous avons représentée dans le Supplément à V électro-magnétisme (1), et les machines Gramme et Wilde.
La machine Gramme est employée dans les grandes usines électro-métallurgiques de M. Wohlwill, à Hambourg.
Dans son savant ouvrage VElectrolyse, qui nous a fourni beaucoup de renseignements intéressants sur l'état présent de la galvanoplastie et de l'électro-métallurgie, M. H. Fontaine décrit ainsi la machine Gramme, qui est en usage clans les ateliers de Hambourg et que nous représentons dans la figure 410.
« La première machine à courant continu exécutée par M. Wohlwill, est pourvue de deux collecteurs et de quatre balais. Chaque collecteur a vingt sections. Les spires de la bobine sont formées chacune de sept bandes de cuivre de 10 millimètres de largeur et de 3 millimètres d'épaisseur; il y a quarante grou]ies de lames correspondant aux quarante sections des deux collecteurs, de sorte que chaque spire est formée de deux demi-spires identiques juxtaposées et soudées à leurs extrémités avec une pièce rayonnante qui les relie à une des sections du double collecteur. L'anneau induit est donc formé de quarante bobines partielles, dont vingt sont reliées' au collecteur de droite et vingt au collecteur de gauche.
« La résistance totale de l'anneau induit est de 0,0004 ohm. Quand les deux parties sont couplées en quantité, cette résistance n'est plus que de o'OOOl ohm.
A la vitesse de 500 tours par minute, la force électro-motrice est égale à 8 volts pour le couplage en tension et à 4 volts pour le couplage en quantité.
« Les huit électro-aimants de cette machine ont
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des noyaux de fer de 120 millimètres de diamètre et de 410 millimètres de longueur. Sur ces noyaux s'enroule trente-deux fois une feuille de cuivre qui a pour largeur la longueur de l'électro et une épaisseur de La résistance des huit induc-
teurs dans un seul circuit est de 0,00142 ohm. Lorsque les huit électros sont groupés en deux séries, leur résistance devient 0,00028 ohm. La résistance totale de la machine est donc de 0,00038 ohm en quantité, et de 0,00182 ohm en tension.
« Le poids total du cuivre qui entre dans la construction des induits et des inducteurs est do 735 Idlogrammes. La machine entière a 1",50 de longueur, 75 centimètres de largeur, 1 mètre de hauteur. Elle pèse environ 2500 kilogrammes. Son débit normal est de 3000 ampères pour le couplage en quantité et de 1 500 ampères pour le couplage en tension. Pour une seconde, sa production totale est donc de 12000 watts.
(( Les bains sont au nombre de 40, associés en deux séries de 20. La surface des anodes plongées dans chaque bain est d'environ 30 mètres carrés, ce qui correspond à une surface active totale de 1 200 mètres carrés.
« Les cathodes en cuivre affiné ont environ 1 millimètre d'épaisseur.
« La distance entre les anodes et les cathodes est d'environ 5 centimètres.
« La quantité de cuivre déposée par heure et.1 de 30'', 50, et par jour d'environ 800 Idlogrammes. Le machine fonctionne nuit et jour depuis neuf ans. La force motrice consommée est de 16 chevaux, ce qui correspond à 4320 000 kilogrammètrcs par heure. Chaque kilogramme de cuivre traité consomme donc 141 700 kilogramètres (environ vm demi-cheval par heure) .
« La Norddeutsche Affinerie possède, en outre, deux autres séries de bains qui économisent encore davantage la force motrice. Ces bains sont, dans l'une et l'autre de ces séries, au nombre de 120 réunis en tension. Chacun d'eux a 15 mètres de surface d'anodes et une résistance de 0,00084 ohm. La résistance totale des 120 bains est, par conséquent, de 0,1 ohm.
« Le courant est fourni par deux machines Gramme, type n° 1, couplées en tension, pouvant débiter 300 ampères, au maximum, avec 27 volts de force éleclromotrice totale, à 1 500 tours par minute.
« La quantité de cuivre affiné est de 900 kilogrammes par vingt-quatre heures.
;< La force motrice dépensée est de 12 chevaux, ce qui correspond à 80 000 kilogrammètres, environ, par kilogramme de cuivre traité. »
La machine Wilde pour la production du courant électrique applicable à l'électrométallurgie, fonctionne dans les ateliers
SUPPLÉMENT A LA GALVANOPLASTIE.
de M. Elkington, près de Jîiniiingliam, \ vrage /'E/ccfi-o/t/se, que nous venons de ainsi que dans l'usine do YEIIiott'x métal citer, donne les détails suivants sur la ma- Company. M. H. Fontaine, dans son ou- chine Wilde en usage en Angleterre.
« Les premières machines Wilde, en usage chez M. Elkington et dans plusieurs grandes manufactures anglaises, étaient composées de deux appareils superposés : l'un magnétique, de petites dimensions, l'autre électro-magnétique de grandes dimensions. La seule fonction du premier était d exciter les électro-aimani s du second, lequel
fournissait le courant dans les bains d'affinage. Ces appareils s'échauffaient tellement après quelques heures de marche, qu'il était nécessaire de les refroidir par un courant d'eau lancé dans les électro-aimants et les armatures. Ils dépensaient beaucoup de travail pour produire une quantité donnée d'électricité et se détérioraient assez rapi-
dément. Malgré ces inconvénients multiples, il faut reconnaître qu'ils rendaient de précieux services et qu'ils étaient supérieurs à tous les autres systèmes connus avant l'invention des machines Gramme.
A Selly Oak (Birmingham), les machines Wilde (rig.4il) sont d'un type perfectionné; mais, comme les précédentes, elles fournissent des courants alternatifs qu'il faut redresser par un commutateur avant de leur faire traverser les bains d'affinage.
(( Ce nouveau type consiste en une armature portant une série de bobines tournant entre les extrémités libres d'un certain nombre d'électro-aimants cylindriques disposés en cercle de chaque côté de l'armature, et fixés par l'autre extrémité au bâti de la machine.
« Les bobines de l'armature sont munies de noyaux en fer, contrairement à ce qui existe dans les machines à courants alternatifs de Siemens, lesquelles n'ont aucun noyau métallique. Il y a 16 rangées de bobines et d'électro-aimants : deux des bobines engendrent le courant excitateur, les quatorze autres produisent le courant utilisé extérieurement.
« La machine a deux commutateurs : l'un pour redresser le courant qui traverse l'inducteur, l'autre pour redresser le courant principal relié aux électrodes des bains d'affinage. Ces commutateurs sont disposés extérieurement de manière à être facilement tournés, démontés et replacés, en cas de réparation ou de réfection. Cette machine chaufïe encore beaucoup, mais elle fait un excellent service, et sa construction est d'une grande simplicité. »
Les principales usines qui pratiquent en grand l'affinage du cuivre par voie électrolytique, sont : celles des MM. Lyon-Allemand, à Paris ; MM. Hilarion-Roux, à Marseille; les usines de MM. Oschger et Mesdach, à Biache Saint-Waast (Pas-de- Calais), les usines d'Elkington, en Angleterre, ainsi que celles d'EUiott, àSelly-Oak, près de Birmingham.
En Allemagne il existe plusieurs usines analogues, telles que celle de M. André, à Fi*ancfort; la Norddeutsche Affiner le ^ à Hambourg ; la fonderie de Oker en Saxe, et les mines de Mansfeld. L'affînerie de Hambourg, qui produit des cuivres très purs, et de ce chef, très réputés, emploie la machine dynamo-électrique du docteur Wohlwill.
On opère sur des minerais de cuivre déjà grillés et calcinés au préalable, que l'on
nomme, en industrie, cuivres bruts. Un courant galvanique agit sur ces cuivres bruts, déposés, à cet effet, dans des cuves contenant de l'eau légèrement acidulée à l'acide sulfurique.
Le courant électrique précipite sur la cathode tout le cuivre métallique, à l'état de pureté presque absolue.
Les générateurs électriques sont au nombre de 7 ; 6 machines Gramme n" 1 et une forte machine Gramme du docteur Wohlwill, que nous avons représenté dans la figure 410.
La production quotidienne de cette usme atteint 2500 kilogrammes de cuivre, chimiquement pur.
La supériorité des produits obtenus par l'usine de Hambourg, tient surtout à ce que les bains sont préparés avec soin, et entretenus constamment aux mêmes degrés de concentration et de température.
Une source de bénéfices qui n'est pas à négliger, se rencontre dans les impuretés même du cuivre. Elles sont souvent formées de métaux plus précieux que le cuivre, tels que l'argent ou l'or. On obtient ces métaux, dans un ordre régulier de précipitation, en opérant de la même façon que pour le cuivre. L'afflnerie de Hambourg a pu recueillir, en 1880, 1 200 kilogrammes d'or fin.
A Briache Saint-Waast, l'installation de MM. Oschger et Mesdach comporte une seule machine Gramme, identique à celle installée chez M. Wohlwill. Cette machine peut, en alimentant 20 bains, produire, par jour, 400 kilogrammes de cuivre pur. Les bains sont en bois, doublé de plomb. Leur longueur est de 3 mètres, leur largeur 0",80 et leur profondeur 1 mètre ; ils sont tous au même niveau, et communiquent entre eux par la partie inférieure.
Les minerais sont traités de façon à ce que leur teneur en cuivre soit de 93 pour 100,
en ayant soin de faire cristalliser le fer sous forme de sulfate, toutes les fois que la proportion en est trop élevée, et de prendre les mesures nécessaires pour débarrasser le cuivre brut de sa trop grande quantité d'impuretés. On coule alors le cuivre marchand ainsi obtenu, en plaques, qui servent d'anodes solubles.
On recueille l'argent tombé au fond du bain, sous forme de boue, avec les autres impuretés du cuivre ; ces boues sont traitées par la méthode de coupellation.
L'usine Hilarion-Roux à Marseille, qui possède 40 bains, afline 250 kilogrammes de cuivre brut par jour.
h'Elliott's métal Company possède, près de Birmingham, une usine dont nous avons déjà parlé et qui produit, par semaine, environ 10 tonnes de cuivre affiné. Elle est alimentée par cinq machines dynamo-élec- Iriques Wilde, machine que nous avons représentée (fig. 411). Les courants fournis par ces machines étant alternatifs, il est nécessaire de les redresser par un commutateur, avant de leur faire traverser les bains
d'affinage. Chaque machine envoie le courant dans 48 bains, couplés en tension. Dans cette installation, la garniture des bains est I faite avec de la terre cuite, recouverte d'une couche d'asphalte.
La fonderie de Oker (Allemagne) emploie trois machines dynamo-électriques Siemens, absorbant chacune 12 chevaux-vapeur, pour purifier 300 kilogrammes de cuivre par jour. Pour donner une faible résistance intérieure et une grande puissance en ampères, le constructeur, au lieu de recouvrir l'inducteur et l'induit de iils enroulés, comme dans les machines dyaamo-électriques servant à l'éclaii'age et à la transmission de la force, a garni le fer doux et les barres d'électro-aij mant avec des lames de cuivre isolées les unes I des autres par de l'amiante; ce qui permet aux machines de s'échauffer sans danger.
Le cuivre n'est pas le seul métal que l'on raffine par le courant électrique. Le plomb est aussi obtenu à l'état de pureté chimique, à l'usine de VElectro-metal l'efinering, de New- York.
D'après le procédé de M. Keith, les anodes sont formées du plomb à affiner coulé en plaques, et plongées dans un bain de sulfate de plomb dissous dans l'acétate de soude. Sous l'action du courant, le sulfate de plomb se décompose, le plomb se porte sur la catbode, et l'acide sur l'anode, où il dissout le plomb, le fer et le zinc. Ces deux derniers métaux sont précipités ensuite, à l'état d'oxydes, qu'il est facile de séparer à la refonte du métal. L'or, l'argent, l'antimoine sont recueillis, sur l'anode, sous forme de boues, dans des sacs de mousseline. Ces boues sont séchées, puis fondues dans des creusets, avec du nitrate et du borate de soude, pour en séparer les éléments. La production de l'usine est énorme, et la dépense de force motrice relativement très faible, puisqu'avec une puissance de 12 chevauxvapeur on arrive à déposer 10 tonnes de métal par 24 heures de marche.
Le plomb ainsi obtenu renferme 99,9 pour 100 de métal pur, et des traces d'argent. Le reste est formé de traces d'antimoine et d'arsenic, dont la présence n'est pas nuisible.
A côté des usines qui s'occupent exclusivement de l'affinage, il s'en trouve actuellement beaucoup d'autres, non moins intéressantes, d'ailleurs, au point de vue des produits qu'elles fournissent.
Parmi ces dernières il faut citer celle de MM. Neujean et Delaite, qui obtiennent le cuivrage, la dorure et le cobalatage direct de la fonte.
En un mot, les applications de l'électrométallurgie sont innombrables, et elles ne pourront que s'accroître encore avec les perfectionnements incessants que reçoit l'outillage employé.
L'électro-métallurgie est une science nouvelle; cependant il est juste de rappeler que l'idée première en est due à Becquerel, qui, en 1836, présenta à ce sujet, à l'Académie des Sciences, un mémoire, déjà fort
complet, sur la métallurgie de l'argent. Il fallut longtemps pour faire triompher ses idées, qui, aujourd'hui, sont entrées dans le domaine de la pratique.
On a fait depuis quelques années des expériences intéressantes sur l'emploi de l'électricité pour le traitement des minerais mêmes; mais il n'en est pas résulté encore, croyons-nous, d'applications pratiques.
Le traitement électro-chimique des minerais des métaux précieux laisse à désirer; les arsenio-sulfures et antimoniures d'argent, les pyrites aurifères, sont négligés, à cause de leur faible rendement. Pour les minerais faciles à amalgamer, l'intérêt êst bien moins grand, cependant nous devons citer un procédé ingénieux, dû à M. MoUoy, pour l'extraction de l'or et de l'argent de leurs minerais.
On sait que le mercure, lorsqu'il est mis en présence de minerais d'or, pour former un amalgame qui abandonnera l'or par distillation, se recouvre peu à peu d'une couche d'oxyde : de là un ralentissement dans la combinaison, et une perte de mercure, qui est entraîné dans les déchets. Si l'on pouvait préA'enir cette oxydation, ou plutôt cet encrassement, on utiliserait mieux et plus complètement le mercure, dont le prix est assez élevé. M. Molloy croit être parvenu à ce résultat avec l'appareil suivant, qui fonctionne actuellement à Londres.
Une cuvette de 25 millimètres environ de profondeur et 1 mètre de diamètre, est à moitié remplie de mercure. Au centre est fixé un vase poreux, dans l'intérieur duquel on introduit un cylindre de plomb et une solution de sulfate de soude. Ce cylindre est mis en communication avec le pôle positif d'une petite machine dynamo-électrique, et le mercure avec le pôle négatif. Le passage du courant donne lieu à des réactions qui se traduisent, finalement, par un dégagement d'oxygène à la surface du
SUPPLÉMENT A LA GALVANOPLASTIE.
plomb, et d'hydrogène à la surface du mercure. Y a-t-il, comme le prétend l'auteur, formation d'un amalgame d'hydrogène?
C'est ce qui reste à démontrer, mais ce qui est plus intéressant, c'est que le mercure ne s'oxyde plus, et qu'il conserve, en présence du minerai d'or, son éclat et sa fluidité. L'attaque de l'or se poursuit donc sans déperdition due aux impuretés inévitables de la matière première.
Pour assurer un contact parfait entre le minerai et le mercure, la cuvette est recouverte d'un disque, de diamètre un peu plus petit, qui présente en son milieu une ouverture plus que suiïisante pour le logement (lu vase poreux et l'introduction de la matière. Ce disque flotte sur le bain; on lui imprime un mouvement de rotation, et l'on amène par le centre le minerai pulvérisé.
Celui-ci est entraîné par l'action centrifuge sous le disque, et vient ressortir à la circonférence, après avoir forcément rencontré le mercure, qui se combine avec l'or au passage.
Pour les autres minerais, cuivre, plomb, zinc, le prix élevé du traitement électrochimique paraît devoir être un obstacle insurmontable ; aussi nous bornerons-nous à signaler les procédés qui paraissent jusqu'à présent les plus faciles à réaliser.
M. Létrange a eu l'idée d'essayer par l'électricité l'extraction du zinc de ses minerais, la calamine et la blende. Son procédé permet d'utiliser les minerais que l'on délaisse, à cause des difficultés de leur traitement. Il consiste à transformer en sulfate soluble tout le zinc contenu dans le minerai, puis à électrolyser cette solution, de façon à en précipiter tout le métal.
L'acide sulfurique est fourni par le soufre même de la blende. La dissolution de sulfate abandonne son zinc dans les bains galvaniques, où elle se charge d'acide ; puis elle traverse les cuves de dissolution, où
! elle dissout une nouvelle quantité de zinc, et revient dans les bains, recommencer la même série d'opérations.
M. Billaudot a appliqué l'électricité à l'extraction du sélénium, qui coûtait, il y a quelques années, 1 000 francs le kilogramme, et qui revient aujourd'hvii à 40 francs. Le sélénium est directement extrait de la zorgite, seléniure de cuivre et de plomb, minerai que l'on trouve sur le territoire de la République Argentine.
M. Blas, professeur à l'Université de Louvain et M. Miest, ingénieur, ont fait connaître un procédé général pour l'extraction des métaux de minerais qui les contiennent. Ce procédé est basé sur les faits suivants.
1° Les sulfures métalliques naturels conduisent, à des degrés divers, le courant galvanique.
2" Les minerais sulfurés, convenablement agglomérés conduisent le courant, môme quand la proportion de gangues est très forte.
3° Si on électrolyse une solution d'un sel dont l'acide attaque les sulfures naturels, en employant ceux-ci comme anodes, le métal du sulfure se dissout, tandis que le soufre reste déposé sur l'anode. C'est avec les nitrates que l'opération a lieu le plus facilement, et dans ce cas, sans formation de sulfate.
