CHAPITRE IV. De quelques procédés généraux de la métallurgie

Le but des opérations métallurgiques est presque toujours la séparation d'un métal que l'on veut obtenir pur, d'avec d'autres'substances qui se trouvent combinées avec lui , soit naturellement, soit paV l'effet de l'art. Qn ne peut se refuser à voir dans ces procédés, de véritables analyses chimiques que l'on fait en grand, 'et en remplissant de certaines conditions économiques, mais qui, romme nous l'avons dit, ne sont jamais complètes , c'est-à-dire qu'on ne se propose que bien rarement d'isoler chacun des composans, et cela parce qu'il tfy a ordinairement qu'un petit nombre de ceux-ci qui soient utiles et qu'on puisse obtenir séparément avec l'économie convenable. Il s'agit donc, dans les usines, comme dans les laboratoires, de produire des décompositions, et pour cela de former de nouvelles combinaisons,: les moyens sont donc les mêmes , lorsqu'on les considère d'urne manière générale ; ce sont des affinités chimiques à mettre en jeu et à combiner de manière à arriver à un résultat désiré.

Les problèmes de métallurgie sont ordinairement résolus comme la plupart de ceux que présentent les scienees, celles même qui pâfoissent en différer le plus ; il s'agit toujours de simplifier les questions, et de les ramener aux termes les plus simples , ce qui a lieu par des transformations : ces transformations qui , "dans les sciences morales ou spéculatives, s'exécutent sur l'énoncé > et par le raisonnement ou le calcul, s'opèrent dans les arts, par de véritables changement physiques ou chimiques* Pour prendre un exemple dans la métallurgie , si l'on veut séparer un métal d'avec le soufre auquel il est combiné, on peut chercher à faire passer ces deux corps à l'état d'oxide, parce qu'on sait que le soufre sera expulsé facilement à Tétat*" d'acide sulfureux et que l'oxide métallique sera ensuite réduit (décomposé) plus fa-

PROCÉDÉS GÉNÉRAUX. Il5

cilement par une autre opération , que ne l'auroit été primitivement le sulfure. Le traitement des minerais de fer, qui sont ordinairement des oxides combinés avec des terres , est fondé sur une transformation de Toxide en fer carboné, substance qui se sépare bien des matières terreuses et à laquelle on enlève ensuite le charbon combiné pour obtenir le fer pur. En formant d'abord la combinaison connue sous le nom de fonte de fer, dont la fusibilité et la grande pesanteur spécifique permettent une séparation facile d'avec les matières terreuses , on ramène le problème à la décomposition du fer carboné, opération délicate, à la vérité, mais que Ton pratique cependant avec avantage : la description de la plupart des procédés métallurgiques confirmeroit encore mieux cette "analogie entre les méthodes employées dans toutes les sciences pour arriver ù un certain résultat, s La solution des questions de métallurgie qui ont pour objet la séparation d'un métal ou sa purification, peut dépendre de deux méthodes principales : i. enl , faire entrer en des combinaisons particulières les substances qui se. trouvent unies avec le métal ou avec les métaux qu'il s'agit d'obtenir isolés, et en laissant ceux-ci avec leurs propriétés métalliques, c'est-à-dire purs ou à peu près tels; c'est ce qui arrive lorsqu'on traite des sulfures de plomb, d'antimoine, par le fer, ou le sulfure de mercure par la chaux : on obtient immédiatement ces métaux avec toutes-leurs propriétés caractéristiques. C'est encore le principe de la séparation du plomb d'avec l'argent^ on oxide le plomb par l'oxigène atmosphérique, et, faisant couler l'oxide sous forme de litharge, l'argent métallique reste à nu. Ce moyen très-direct, puisqu'il est fondé sur une affinité simple, ne sauroit être employé immédiatement dans beaucoup de cas , surtout lorsqu'il s'agit de minerais très-composés; car il faut non-seulement trouver une substance qui ait plus d'affinité pour le métal que les matières combinées avec lui, mais encore que cet agent de

séparation ne puisse s'unir avec lui , ou qu'on ail les moyeu* d'empêcher cette union : enfin, il est nécessaire que là séparation du nouveau composé ou du produit utile se fasse aisément et que tout l'ensemble âe l'opération soit praticable sous les rapports économiques. Dans les exemptes que nous avons rapportés ci-dessus, les sulfures sont des combinaisons simples ; le fe* ne s'unit pas avec le plomb (un peu davantage avec l'antimoine) , et la séparation du métal d'avec le nouveau sulfure s'opère bien, en employant une chaleur convenable. Si ce procédé ne peut être employé que rarè-r ment comme moyen immédiat d'obtenir les métaux , on cherche souvent à ramener l'état du métal à celui d'une combinaison binaire , que l'on décompose ensuite comme nous l'avons dit : c'est l'objet de la seconde méthode de traitement des minérais. 1 , i

2. ent Une autre méthode générale consiste à engager le métal même qui fait l'objet du traitement, dans une combinaison nouvelle, qui se séparera aisément des autres et qui servira à en extraire, en quelque sorte, le métal qui, concentré par là dans un composé binaire, devra subir une nouvelle opération pour être amené à l'état de pureté; nous en avons déjà rapporté un exemple pris dans la fabrication du fer : le traitement des minérais d'or et d'argent par l'amalgamation , c'est-à-dire par le mercure , les fontes des matières argentifères avec du plomb ou des substances qui en contiennent, présentent des cas simples de l'emploi de la méthode que nous venons d'indiquer d'une manière générale.

Une méthode ou un procédé se compose' d'une suite d'opérations qui se succèdent dans un certain ordre et à l'effet d'atteindre un but déterminé et d'obtenir un résultat utile ; souvent un procédé se compose d'opérations mécaniques et d'opérations chimiques. Le succès d'un procédé bien combiné dépend évidemment de la manière dont chaque partie a été exécutée , puisque l'opération qui suit suppose que

rROCBDBS CBN&AUX. ' l\j

celle qui précède a amené un certain changement tlarrt» les matières que l'on traite, et' l'on voit qu'il suffit d'eu avoir manqué une, pour que le résultat définitif ou le produit utile soit détèctqeux, et par suite, pour qu'il y ait une perle souvent notable sur le traitement qui devoit donner un bénéfice : cela est d'autant plus à craindre qu'il y a un plus grand nombre d'opérations et qu'elles sont plus délicates, parce que des imperfections peu visibles à la suite de chacune d'elles, suffisent pour avoir à la fin des conséquences nuisibles. C'est un motif de plus four chercher à amener les procédés au plus grand degré *de simplicité possible, sans nuire au résultat, c'est-à-dire, de réduire autant qu'on le peut le nombre des opérations, de ne faire que celles qui sont très - réellement utiles, et enlin de choisir, parmi tous les moyens d'atteindre un certain but, ceux qui sont les plus faciles à exécuter.

La nature des opérations et leur enchaînement, et ce qu'on peut appeler le choix d'un procéiié ou sa détermination, sont quelquefois le résultat dç divers essais ou tàtonnemens, ou, ce qui est la même chose, d'une longue pratique; mais, comme ils doivent toujours s'aceor 1er avec les lois de la physique et avec les propriétés chimiques des corps, il est trèsimportant de les examiner sous les rapports de la théorie, lorsqu'on les trouve établis dans les usines. Lorsqu'il s'agit d'établir de procédés ^pour des cas nouveaux, ou seulement de modifier les anciens, il faut toujours diriger ses essais pfer une théorie éclairée, et s'étayer d'analogies bien fondées ; c'est le seul moyen de ne pas se perdre dans tous les tàtonnemens possibles, et de circonscrire Ue nombre des expériences, afin d'éviter beaucoup de peines et de dépenses sans résultat. La théorie métallurgique , qui n'est que la connoissance des rapports d'un grand nombre de faits entre eux et avec les lois de la physique et de la chimie, offre donc le seul guide pour établir des procédés nouveaux et pour

1 1 8 CffAPlTRE IV, ,

perfectionner les anciens. Mais il y a une partie des procédés, savoir l'exécution des opérations, qui doit nécessairement demeurer confiée aaix ouvriers, çt dont la réussite dépend souvent uniquement de leur expérience et de leur adresse. Cette partie : très-importante pour le succès des entreprises métallurgiques demeure dans la dépendance entière des ouvriers, et celle-ci est d'autant plus grande que l'art manquant presque toujours de moyens précis pour mesurer les effets produits dans chaque opération, et. pour déterminer le point où Ton doi # t s'arrêter, il faut beaucoup de temps pour que les ouvriers puissent y suppléer par des obseryatiôns trèsdélicates et des apparences difficiles à saisir. Ce sont là les causes des obstacles que l'on éprouve lorsqu'on cherche à fonder de nouveaux procédés, à perfectionner les anciens et à naturaliser un genre d'industrie dans les lieux où elle n'existe pas encore.

Nous ferons remarquer, relativement aux résultats des procédés oti des opérations, qu'il est bien rare , en métallurgie, d'atteindre le but que l'on se propose, sans répéter plusieurs fois les mêmes opérations sur les mêmes matières, ou du moins sans les prolonger de manière que cela revient au même. Le plus souvent une opération unique, même en la supposant bien exécutée, ne produit qu'une séparation imparfaite d'une substance,, et il faut ou la continuer long-temps dans des circonstances favorables, ou la recommencer plusieurs fois pour obtenir un effet total. Les causes de ce fait, trèsfréquemment observées dans les travaux métallurgiques, tien-, nent quelquefois à la nécessité de subordonner le choix des moyens et des agens à l'économie , c'est-à-dire à une dépense limitée; ce qui oblige souvent à employer ceux qui ne produisent qu'un effet médiocre, au lieu des plus parfaits indiqués par la théorie. D'un autre côté, comme on opère toujours sur des masses considérables, on iï'est point assuré, quelques précautions que l'on prenne, que l'action chimique

PROCÈDES G K NÉ R AUX. ll^

se sera étendue à toutes les parties, et il convient de multiplier jusqu'à un certain point les occasions de rencontre mutuelle, à lYgard des molécules destinées à agir les unes sur les autres , afin d'augmenter le nombre des chances de succès : lorsqu'on peut séparer les matières qui ont éprouvé un effet complet, de .celles qui exigent encore un nouveau traitement, ainsi qu'on le fait dans le grillage, cela est fort avantageux. Enfin, il arrive quelquefois, et principalement lorsqu'il s'agit d'obtenir des métaux très-purs, de ne faire que des séparations incomplètes, c'est-à-dire de sacrifier une partie du produit pour avoir le reste dans un grand état de pureté, lorsque cela est utile; maison ne doit en user ainsi qu'après s'être assuré des avantages définitifs qu'on en obtiendra et lorsqu'on ne peut pas mieux faire.

Nous allons maintenant faire connoitre quelques opérations d'une pratique très-générale dans les usines , et décrire avec quelque détail l'espèce de préparation chimique qu'on appelle grillage des minerais,

l/ e SECTION.

Du grillage des minerais.

§. i . rr Le but des diverses préparations de rainerai que nous avons indiquées précédemment, étoitde séparer des substances qui n'étoient qu'à l'état de mélange, et il suffisoit alors d'employer des moyens mécaniques. Les préparations chimiques dont nous allons nous occuper sont presque toujours destinées à séparer des substances chimiquement combinées , dans la vue de disposer ces minerais à passer avec plus d'avantage aux fourneaux de fonte. Ces opérations préparatoires, connues sous les noms de grillage, rôtissage ou torréfaction , s'exécutent par le moyen du feu ; et les minerais les subissent ordinairement avant d'avoir été mêlés comme il convient pour 1 s fondre: ce qui distingue principalement les opérations du grillage de celles qui doivent les suivre , c'est qu'elles ne supposent jamais la fusion du minerai; cette cir-

120 CHAPITRE IV- v

constance seroît même, dans presque tous les; cas, nuisible et contraire à l'accomplissement de l'objet que l'on se propose, et elle ne se présente guère qu'accidentellement et par le défaut d'attention ou d'habileté des ouvriers chargés de conduire l'opération.

Cette préparation est pour ainsi dire toute métallurgique, tandis que les bocartfage et lavage se rapportent plus particulièrement à l'exploitation des mines ; aussi les préparations mécaniques sont-elles plus souvent exécutées tout auprès des mines elles-mêmes , et les préparations chimiques (à quelques* exceptions près, relatives aux minérais de fèr) sont pratiquées dans les fonderies, ou tout auprès, et sous la surveillance du même directeur. Quelquefois , bien que dàns un petit nombrè de cas, le grillage n'a pour but que de produire un effet presque mécanique , celui de désagréger les parties d'un minerai , de le rendre plus facile à briser ou à pulvériser; c'est ce que l'on voit pratiquer, quelquefois pour des minérais de fer, et même pour des minérais aurifères , lorsque ce métal se trouve disséminé dans du quarz très-dur.

Dans le plus grand nombre des cas où le grillage est employé, on se propose de séparer par volatilisation, au moyen du feu , quelques uns des composans des minérais que l'on y soumet, et de commencer ainsi l'espèce d'analyse qui doit conduire à l'extraction et à l'isolement du métal qu'ils contiennent. Cet effet est produit de deux manières différentes , suivant la nature et l'état de combinaison des substances que l'on veut séparèr j il importe beaucoup de distinguer ces deux cas. Il peut arriver que ces substances soient susceptibles d'être volatilisées en nature , c'est-à-dire sans éprouver de changement chimique, et par une véritable distillation , résultant d'une certaine élévation de température ; mais il y a des substances et des circonstances de combinaison où la même substance ne peut être séparée sans avoir été préalablement combinée avec l'oxigène pour former un composé

volatil, et il devient alors un agent nécessaire de l'opération. On sent bien combien il importe , dans ce dernier cas, de multiplier le contact des surfaces du minérai avec l'air atmosphérique , tandis que cela ne pouvoit être qu'inutile, ou même nuisible daps le premier.

§. e. Ces considérations nous conduisent donc à distinguer trois sortes de grillages : i , p celui qui a pour but de diminuer l'adhérence des molécules d'un minérai, ou sa cohésion; 2. 0 celui par lequel on se propose rie volatiliser eu nature des substances qui en sont susceptibles, telles que l'eau ou l'acide carbonique qui se trouvent mêlés, combinés, soit avec les terres, soit avec les oxides métalliques, dans les minéraîs: on expulse ainsi une partie du soufre, et même des métaux volatils, de certains minerais, mais non pas la totalité. Ces deux sortes de grillages, dont l'un est une simple calcination, et l'autre une sorte de distillation, pourroient avoir lieu dans des vases fermés, c'esl-à-dire sans le concours ou le contact immédiat de l'air atmosphérique. Enfin, la troisième sorte de grillage suppose, comme nous l'avons dit, l'action directe de l'oxigène atmosphérique sur le minérai , et dans le but de former avec les substances que l'on veut séparer, une combinaison volatile ou gazeuse que la chaleur dissipe aisément, et qui se répand dans l'atmosphère. Il ne faut pas oublier que l'oxigène, en formant celte combinaison , agit aussi le plus ordinairement sur les substances qui étoient combinées avec celles que l'on veut séparer, et concourt ainsi à détruire l'affinité qui lioit les premières dans le minérai. Cette remarque est principalement applicable aux grillages par lesquels on veutséparer le soufre, et même l'arsenic, l'antimoine, etc.

Il est exact de rapporter au grillage considéré sous ce dernier point de vue , l'opération par laquelle on brûle le charbon combiné avec le fer, dans la fonle que l'on veut convertir en fer doux, en lui faisant subir ce qu'on appelle V affinage; il n'y a de différence qu'en ce que l'on parvient par

des manipulations délicates à empêcher que le métal ne soit

oxidéen totalité, en même temps que s'opère la combustion du charbon combiné. .

Quelquefois le grillage avec le contact nécessaire de l'air, celui de la troisième espèce, est pratiqué dans un but un peu différent de celui que nous avons supposé : on se propose alors, non pas de séparer une substance , mais bien de combiner de Toxigène atmosphérique , afin de produire un certain changement utile dansles substances minérales que l'on y soumet, c'est ce qu'on voit dans le grillage des schistes alumineux , la fabrication du sulfate de fer avec des pyrites, etc.

La troisième espèce de grillage , celle où l'oxigène atmosphérique est un agent de séparation absolument nécessaire , devroit être désignée par une dénomination particulière, d'autant plus utile qu'elle indiqueroit la convenance d'une disposition de l'opération un peu différente de celle qui peut avoir lieu dans les autres opérations du même genre.

Les grillages, qui ne sont qu'une calcination, ou même une espèce de distillation, peuvent aisément atteindre leur but en une seule opération; mais il n'en est pas toujours de même lorsqu'on veut opérer une oxidalion : il est nécessaire de présenter à l'air un corps solide concassé sous toutes ses faces; et si les dispositions de l'appareil ne permettent pas de faire varier leur arrangement , il faudra nécessairement multiplier les opérations, afin d'oxider le plus possible lessurfaces,*t encore le centre des morceaux pourra-t-il n'avoir éprouvé que peu de changemens; c'est ce qui arrive dans beaucoup de circonstances: par exemple, les sulfures métalliques qui sortent des fourneaux, et que Ton appelle mottes, sont toujours grillés à plusieurs reprises avant qu'on en ait pu séparer la plus grande partie du soufre.

Les mattes sont souvent grillées dix ou douze fois , et souvent jusqu'à vingt fois et plus : c'est ce qu'on appelle donner plusieurs feux.

FEOCBDés GéWBRAUX. 12Î

On remarquera aussi que dans ces sortes de grillages il faudroit éviter la fusion des matières, parce que cette réunion de toutes les parties, en diminuant l'étendue de surface qui peut demeurer en contact avec i"ajr, et en introduisant une nouvelle force de cohésion , s'opposeroit très-efficacement à l'accomplissement du grillage.

§. i. L'opération du, grillage , en général, s'exécute par différens procédés qui sont relatifs tantôt à la nature des minérais, quelquefois à l'espèce de combustible dont on peut disposer; d'autres fois, ÀFobjet même du grillage. Dans tous les cas, on a cherché à apporter la plus grande économie dans cette opération, tant sur le combustible que sur la maind'œuvre, et cela est d'autant plus important qu'elle est toujours pratiquée sur de grandes masses.

On distingué trois méthodes ou procédés principaux: i.° le grillage en tas à l'air libre , le plus simple de tous; 2. 0 le grillage pratiqué entre de petits murs, et qu on peut appeler grillage encaissé (rost stûdeln},ct 3. ' en tin le grillage dans des fourneaux.

On remarquera, dans la description que nous allons donner de ces divers procédés , que, dans les deux premiers, le combustible est toujours en contact immédiat avec le minerai à griller, tandis que dans lés fourneaux il y en a où ce contact n'a pas lieu, ' .

i.° Le grillage à l'air libre et en tas plus ou moins considérables, est pratiqué sur les minerais de fer et sur ceux qui sont pyriteux ou bitumineux. L'opération consiste , en général, à étendre sur une aire plane, souvent préparée avec de l'argile battue, du bois de corde ou des fagots, quel-

1 La dénomination de gmllàcc, maintenant la plus usitée en fran- $oil, paroît dériver de ce que les minérais placés sur des bûches disposées parallèlement, semblent être sur un OUI. et destinés à être ventablement gciUét.

quefois l'un et l'autre, de manière à en former tin lit bien

égal; souvent on y répand aussi du charbon de bois pour remplir les interstices et empêcher que le miuérai ne tombe entre les autres morceaux de combustible. On se sert quelquefois de houille en morceaux, et même , à ce qu'il paroît , d-e tourbe. Le minerai, soit concassé, soit même quelquefois sous la forme de schlich , est entassé sur le combustible ; le plus souvent, on forme des lits successifs de ces deux matières , afin que, le feu se communiquant d'une couche à l'autre, le minérai soit plus uniformément et plus complètement grillé. La forme de ces grillages est celle d'une pyramide ou d'un prisme alongé, tronqué à la partie supérieure. Lorsque le minérai est en gros morceaux , et même dans tous les cas où il contient du soufre qui peut s'enflammer . on recouvre la superficie du tas avec de la terre, du gazon, ou des menus débris démine, pour empêcher que la combustion ne devienne trop rapide dans l'intérieur de la masse, et faire durer l'opération : il convient d'ailleurs d'empêcher quela chaleur ne se dissipe par les surfaces extérieures.

Le volume des las de grillage varie beaucoup dans les diverses contrées : pour les minérais de fer et les pyrites en morceaux, on grille à la fois depuis cinq jusqu'à huit, et même dix mille quintaux anciens; à 1 égard des minérais pyriteux et bitumineux . pour lesquels on ne met qu'un lit de fcois dans la parlie inférieure , leur grandeur et par suite leur durée , qui varie de six mois jusqu'à une année , sont motivées sur leur composition , attendu que cesminérais renferment en eux-mêmes un combustible qui, une fois allumé, entretient la chale.ur du grillage. Dans les pyrites , ce n'est que le soufre excédant à celui qui constitue le proto-sulfure de fer. Au milieu de ces grands tas de minérais, on a soin d-e ménager une cheminée, que l'on forme en bois, et qui serf , au commencement de l'opération, à faire communiquer l'embrasement dans toute la masse ; le combustible , placé à la partie

inférieure, est disposé de manière à former des canaux -qui vont aboutir à la cheminée, et toujours pour le même objet.

Le feu allumé par la partie inférieure le plus ordinairement, et quelquefois cependant par la cheminée du milieu, se communique de proche en proche, et l'opération commence: elle a besoin d'être conduite de manière que la combustion soit lente et étouffée , afin que le grillage dure longtemps, et que toute la masse se pénètre également de chaleur. Les moyens que Ton emploie pour diriger le feu , sont de couvrir de terre à l'extérieur, les parties où il se manifeste avec trop d'activité , et de percer des trous ou donner du jour dans celles où il ne s'est pas suffisamment étendu. Le» pluies, les vents, les saisons diverses, et surtout les bonnet dispositions.primitives d'un grillage , influent beaucoup sur cette opération , qui demande d'ailleurs une surveillance presque continuelle au commencement. ■

On ne peut rien dire de général sur la consommation en combustible, parce que cela varie suivant la nature de ceux-ci, des. minerais et le but que l'on se propose; mais il faut prendre pour règle de ne mettre que la quantité de combustible strictement nécessaire pour l'espèce de grillage que l'on veut donner, et pour que la combustion puisse se soutenir; car un excès de combustible produiroit , outre la dépense faite inutilement, l'inconvénient souvent fort grave d'une trop forte chaleur, qui pourrait fopdre $u vitrifier les minérais, et ce seroit un résultat tout-à-fait opposé à celui que doit produire un grillage bien conduit.

On ne sauroit non plus rien dire sur la dépense en main» d'oeuvre, relative aux grillages en général: il suffit de remarquer que l'on/doit veiller avec le plus grand soin à diminuer la distance et le nombre des transports des minérais ; et pour cela il suffit de faire un bon choix dés emplacement relative-; ment aux magasins et aux. fourneaux de fonte. ,

L'usage du grillage en tas, pour les minérais qui contieu-

CHAPÏTBÊ IV.

nent beaucoup de pyrite de fer-, est fort économique , et même avantageux , en ce que Ton peut retirer du soufre par ce

procédé. Pour cela, on recouvre la superficie et les faces latérales d'argile , en ayant soin d'en mettre davantage sur celles-ci , lorsqu'on aperçoit que ces surfaces se recouvreut d'une espèce de vernis luisant, qui est du soufre. On fait ensuite des trous hémisphériques dans la surface supérieure , et ils servent de récipieut où se rassemble ce soufre qui suinte de tous les côtés : on l'y puise de temps à autre, avec une cuiller pour le verser dans un vase contenant de l'eau.

§. 4. 2. 0 La difficulté de conduire le feu dans le grillage des matières qui ne contiennent pas beaucoup de soufre, celle plus grande d'arranger et de maintenir en place les schlichs que l'on veut griller; enfin, «la nécessité de donner plusieurs feux aux mêmes minérais , et par portions peu considérables, ont fait imaginer d'entourer l'aire sur laquelle on veut griller, de trois petits murs, ou de quatre, en pratiquant une porte dans celui de devant; c'est ce qu'on appelle une aire murée y et quelquefois assez improprement un fourneau de grillage. Dans l'épaisseur de ces petits murs, élevés seulement de 7 à i3 décimètres, on pratique souvent des conduits verticaux ou cheminées, que l'on fait correspondre à une ouverture au niveau du sol, de manière à exciter le tirage dans les parties voisines. Une fois que le grillage est allumé , on peut les ouvrir ou les fermer à leur partie supérieure, suivant les besoins de l'opération.

On établit ordinairement plusieurs fourneaux de cette espèce, accolés les uns aux autres parleurs murs latéraux, et tous terminés par un mur commun qui forme leur partie postérieure ; souvent ils sont recouverts d'un hanrar supporté en partie par le derfiier mur dont nous venons de parier, et suffisamment élevé pour cet objet. Ces dispositions sont convenables pour le grillage des schlichs, et en général de toutes les matières qui doivent subir plusieurs feux, ce qui

mooSdbs coraux. 137

est souvent indispensable pour obtenir une séparation à peu près complète du soufre , de Tarstnic/etc.

§.5. 3.° Les fourneaux employés pour griller les minérais et les mattes sont assez variés suivant la nature des minérais et la grosseur des morceaux. Nous nous bornerons à indiquer les principaux.

a) Quand il s'agit de griller les minérais de fer , qui n'ont besoin que d une simple calcination pour dégager l'eau et l'acjde carbonique combinés , on peut se servir très-efficacement de fourneaux semblables à ceux dans lesquels on cuit la pierre à chaux par son mélange avec le combustible , et qui offrent l'avantage d'une opération qui ne discontinue point , dans un appareil qui n'est jamais refroidi. L'analogie des effets à produire est si parfaite que l'on peut employer le même fourneau à l'un ou à l'autre objet. Cependant on peut donner de plus grandes dimensions à ceux destinés à la calcination des minérais de fer, ainsi qu'on le remarque dans le fourneau employé à Vienne et au Creusoi Mais il faut bien se souvenir que ce procédé n'est applicable qu'aux minérais concassés en morceaux, et point du tout aux minérais en grains ou pulvérulens.

On a essayé d'employer ce même moyen, un peu modifié, pour le grillage des minérajs de cuivre sulfurèux et pyrites ^ dans la vue d'en retirer une partie du soufre : on a obtenu plus ou moins de succès , mais sans avoir jamais surmonté tous les obstacles qui onaissoient de la fusibilité du sulfure de fer; il se prenoit quelquefois en masse, ou du moins les morceaux s agglutinoient ensemble dans certaines parties du. fourneau , et l'opération , ou s'arrêtoit tout-à-fait , ou languissoit plus ou moins: l'air ne pouvant plus pénétrer dans toutes les parties de l'appareil, le grillage étoit nécessairement imparfait dans quelques-unes. Ce dernier inconvénient étoit

1 Vojre»Aun«le» des Mines, année 1820, pl. V.

même plus grave qu'il ne paroit au pfemier abord ; car les minerais mal grillés, ne contenant cependant plus assez de soufre pour entretenir leur combustion , et souvent se réduisant en- petits fragmens par refroidissement, ne pou voient plus être repassés au même fourneau ; il auroit fallu achever leur grillage au fourneau à réverbère , ce qui est beaucoup trop coûteux. y * •

Dans les Pyrénées, le grillage des minerais de fer s'exécute dans un fourneau circulaire, disposé de manière que" le combustible est contenu et brûlé dans une espèce de chauffe, intérieure , au-dessus de laquelle se trouvent les morceaux de mine de fer à calciner. Quelquefois la voûte de cette chauffe, qui supporte le minérai, est formée en briques qui laissent entre elles des ouvertures pour le passage de la flamme et de la fumée , et l'appareil ressemble alors à certains fours à cuire la poterie ; d'autres fois la voûte est faite avec de gros morceaux de minérai arrangés avec soin, tant sous lç rapport de la solidité de l'assemblage, que relativement aux interstices qu'il convient dé laisser à peu près uniformément dans cette voûte; le minérai concassé (car Une s'agit que de. celui-ci) est ensuite arrangé sur cette voûte, et en ayant ^'attention de placer les plus gros morceaux à la partie inférieure^On trouve dans ce dernier procédé beaucoup de simplicité dans la construction du fourneau, et l'avantage de pouvoir employer au grillage du minérai des branchages qui sont sans valeur dans les forêts.

Dans d'autres contrées on grille les minérais dans des fourneaux presque semblables à ceux où l'on cuit la porcelaine ,

c'est-à-dire que le combustible est placé extérieurement au

corps du fourneau dans des espèces d'alandiers, et la flamme qui s'en élève traverse le minérai concassé dont le fourneau est rempli. Dans an semblable appareil le grillage est continu. 1

i Karstcn, Métallurgie, S- 7*-

b) Lorsqu'on se propose de retirer le soufre des pyrifes de fer ou des minénais pyriteux , on peut employer différens fourneaux, parmi lesquels il faut distinguer celui usité en Hongrie, et qui est formé par quatre murs figurant un parallélépipède rectangle, et chacun d'eux étant percé de trous ou conduits qui se rendent dans des chambres de condensation, où le soufre est recueilli; le minerai , placé entre les quatre murs sur du bois arrangé comme pour les grands grillages à l'air libre, se grille en laissant dégager beaucoup de soufre qui trouve plus de facilité à sortir par les conduits latéraux qu'à travers toute la masse , ou par la surface supérieure recouverte de terre, et se rend dans les chambres dont nous avons parlé. On peut ainsi grillera la fois 2 5ooo quintaux (ancienne mesure) de pyrites , et obtenir une grande quantité de soufre.

On a aussi employé au même usage , mais par une opération continue, des fourneaux prismatiques, espèces de hautsfourneaux élevés de six à sept mètres. «

§. 6. c) 11 est facile d'apercevoir que le fourneau à réverbère peut fournir un des meilleurs moyens de grillage, principalement dans le cas où il est nécessaire d'employer l'action simultanée de la chaleur et de l'air atmosphérique pour détruire certaines combinaisons et décomposer les sulfures , les arseniuns, etc. : il est bien évident que la facilité que l'on a de

remuer, les matières étendues sur la sole, afin de renouveler les surfaces, d'observer leurs apparences, d'augmenter ou de diminuer le degré de chaleur, etc., promettent un succès bien plus assuré, un grillage bien mieux exécuté que par tout autre procédé. On sait d'ailleurs que la flamme mêlée de beaucoup d'air non décomposé qui vient de la chauffe, est très-oxidante et forttrapable de brûler du soufre et d'oxider des métaux. Enfin, c'est presque le seul moyen de bien griller

a karsien, Métallurgie , $.71.

a3o CHAPITRE IV.

les minérais qui sont en poudre très -fine. Si on ne remploie pas constamment et pour toute espèce de minérai , c'est

presque toujours parce qu'on trouve plus d'économie à pratiquer le grillage en tas ou sur des aires entourées de murs; d'ailleurs il faudroit, dans certaines mines, un très-grand nombre de ces fourneaux et beaucoup d'ouvriers pour griller les quantités considérables de minérais que l'on y fond journellement ; il résulteroit alors de la construction de ces appareils et de leur entretien une dépense très-notable, que l'on év ite en employant les autres procé lés.

Mais, dans tous les cas où l'on veut obtenir un grillage trèsparfait, comme pour la blende . dont on veut retirer le zinc, le sulfure d'antimoine, etc., ou bien enfin pour les minérais réduits en poudre très-fine et destinés à l'amalgamation , il convient de faire l'opération dans un fourneau à réverbère. Quand on traite des minérais sulfureux très-fusibles , il faut , dans l'ouvrier chargé de conduire le grillage, beaucoup de soin et d'habitude, principalement pour ménager le feu. Quelquefois il arrive cependant que le minérai se .fond en partie, alors on est obligé de retirer les matières de dedans le fourneau pour les concasser ou les bocarder de nouveau, afin de recommencer l'opération. Du reste, la construction de ces fourneaux, pour servir à cet usage, ne demaude d'autre attention que celle de donner à la sole ou laboratoire la grandeur convenable , et d'y proportionner ensuite la grille et la cheminée de manière à ce que le chauffage s'en fasse avec la plus grande économie.

Le fourneau à réverbère est toujours employé pour griller les minérais précieux, et surtout ceux qui doivent passer à l'amalgamation; comme ces derniers contiennent souvent de l'arsenic, de l'antimoine et autres substances volatiles, on les dispose d'une manière particulière.

La sole, ordinairement très-spacieuse , est partagée en deux parties, dont L'une , plus éloignée de la chauffe, est un peu plus

élevée que l'autre; au-dessus de la voûte se trouve un espace

ou chambre dans laquelle on dépose le minerai, et qui communique avec le laboratoire par un tuyau vertical : ce dernier sert a f.iire tomber le minérai lorsqu'il est.déjà séché et un peu échauffé. La flamme et la fumée qui sorteutdu laboratoire, en entraînantles vapeurs sulfureuses et arsénicales , passent dans des chambres de condensation avant d'entrer dans la cheminée de tirage, et y déposent l'oxide d'arsenic et d'autres substances Lorsque le minerai, tombé sur la partie de la sole la plus éloignée de la grille, a éprouvé assez de chaleur pour avoir connu» ncé de se griller, et est devenu moins fusible, et que d'ailleurs legriliage de celui qui se trouvoit sur l'autre partie est terminé, on avance la première vers la chauffe, et l'on termine sou grillage en le remuant fréquemment au moyen d'un ràble qui est introduit et manœuvré par l'une des port» s que l'on ouvre à cet effet. On juge que l'opération est finie, lorsque les vapeurs et l'odeur ont presqu'entièrement cessé; sa durée dépend d'ailleurs de-la nature des minérais.

Lorsqu'on emploie ce fourneau pour griller des minérais très-arsénicaux , comme ceux d'étain de Schlackenwald en Bohème, et à Ehrenfriedersdorf en Saxe, les pyrites arsenicales de Geyer ( en Saxe) , etc. , les chambres de condensation dans lesquelles on se propose de faire déposer et de recueillir l'arsenic oxidé s'étendent sur une longueur beaucoup plus considérable que dans les fourneaux ordinaires qui servent au grillage de la galène, ou des minérais de cuivre et même d'argent. (Delà H ichesse minérale , tom. Ilf, p. 208.)

On doit comprendre parmi les préparations chimiques, les longues expositions à l'air et à ta pluie, que l'on fait subir aux minérais de fer spathiques particulièrement, tantôt après et quelquefois avant le grillage. L'expérience a prouvé que c'étoit un moyen très-elficace pour les débarrasser de cer-

1 Richesse minérale, tom. 111, pag. 207, pl. 'j2, fig. 10, 11 et 12.

taiiies substances nuisibles, telles que le soufre et même la magnésie, lorsque celle-ci se trouve dans des minerais un peu pyriteux.

De divers procèdes fondes sur l'action de l'oxigène.

Nous avons vu que la séparation du soufre, de l'arsenic, etc. , dans les minérais soumis au grillage , étoit principalement due à la combinaison de l'oxigène qui forme des composés volatils avec ces substances. La facilité que l'on trouve à se procurer et à employer ce même agent (l'oxigène) , est Un motif d'en faire usage dans bien d'autres circonstances: on profite souvent de la différence d'oxidabilité qui existe entre les métaux pour les séparer les uns des autres: et c'est sur cette propriété que sont fondées diverses opérations connues sous le nom d'affinage et de raffinage, dont quelques-unes ont

un rapport marqué avec le grillage $ nous allons en indiquer plusieurs :

a) V affinage de la matte. Cette opération , pratiquée sur la matte de plomb et cuivre, et particulièrement lorsqu'elle

• contient de l'antimoine , de l'arsenic, etc., n'est qu'un grillage exécuté à l'aide du vent d'un soufflet: il est tout simple que Toxidation soit plus prompte et plus complète que dans le grillage ordinaire; mais aussi la vaporisation du plomb est beaucoup plus considérable et la perte est toujours trèsgrande sur ce métal. De plus , comme les métaux (plomb et cuivre) que l'on veut obtenir plus purs, s'oxident en même temps que le soufre et l'arsenic, on est obligé de faire succéder une fonte de réduction à un affinage, et ainsi plusieurs fois de suite.

b) V affinage de la fonte, pour en obtenir du fer forgé, est fondé sur l'oxygénation du carbone combiné qui se sépare du fer sous forme gazeuse et à l'état d'oxide de carbone ou d'acide carbonique : en opérant avec beaucoup de précautions et par l'effet de manipulations très -délicates, on par-

vient à purifier très-exactement la fonte , sans brûler la plus grande partie du fer, ce que l'oxidabililé «le ce métal rend toujours difficile, et à ce point que la perte sur la fonte employée demeure entre un quart et un tiers.

Dans certaines méthodes d'affinage on se sert du vent d'un soufflet, et l'on opère au milieu du combustible (qui est alors du charbon de bois) dans un foyer d'affiner ie. Dans un autre procédé où l'on emploie de la houille, ce combustible ne se trouve point en contact avec le métal , et il n'y a point de machine soufflante ; mais le courant d'air déterminé par la cheminée élevée du fourneau à réverbère où se fait l'opération , suffit pour fournir l'oxigène dont on a besoin.

c) C'est encore par une opération analogue à celle du grillage , que l'on commence à purijier le cuivre noir en Angleterre : on soumet pendant un certain temps des lingots de ce cuivre impur à l'action d'une forte "Chaleur et du courant d'air, dans un fourneau à réverbère, et l'on finit par fondre toute la matière ; c'est ce qu'on appelle le rôtissage, parce que le grillage a lieu sur des parallélipipèdes de cuivre. Le raffinage du cuivre noir se termine également sans le secours d'aucune machine soufflante. En Allemagne, on purifie le cuivre noir ou bien sur ua petit foyer au milieu du charbon de bois, ou bien dans des fourneaux à réverbère ; mais en employant une machine soufflante qui projette de l'air à la surface du bain pour oxider les métaux étrangers. Dans ces procédés, le produit de l'oxidation n'est pas volatil en entier, et les o xi des formés venant à la superficie, peuvent être séparés par une sorte d'écumage.

d) L'affinage du plomb et le raffinage de l'argent sont aussi des procédés basés sur l'oxidation des métaux, par l'air atmosphérique qui est projeté par un soufflet sur l'alliage fondu.

Nous n'avons signalé jusqu'ici que l'effet immédiat et direct de l'oxigène de l'air ; mais il est souvent important de considérer l'action d'une certaine quantité d'oxide métallique

formée en premier lieu dans une opération sur la matière qui reste encore indécomposée : l'oxigène atmosphérique, fixé d'abord et combiné avec le métal que l'on veut obtenir (et qui est ordinairement moins oxidable que les substances dont il s'agit de le séparer), sereporte sur les matières étrangères par suite du mélange et d'un contact prolongé, et concourt ainsi au succès de l'opération. Cette double action de l'oxigène est remarquable dans l'affinage de la fonte de fer, suivant l'une ou l'autre méthode, et peut-être plus particulièrement dans celle pratiquée en Angleterre. Il y en a encore un exemple plus frappant dans le traitement des minérais de plomb sulfuré, au fourneau à réverbère ; le mélange du minérai grillé au commencement de l'opération, avec celui qui est demeuré au-dessous et qui n'a subi aucune altération, donne lieu à une décomposition mutuelle entre l'oxide ou le sulfate de plomb et le sulfure indécomposé, et il en résulte la séparation d'une quantité notable de plomb métallique que Ton recueille immédiatement.

11 est vraisemblable qu'il se passe quelque chose d'analogue dans le traitement des minérais de cuivre sulfureux au fourneau à réverbère.

Toutes ces considération*, étendent le champ de la métallurgie, et doivent donner lieu à beaucoup d'observations et d'essais dans le but de perfectionner les procédés, en cherchant à reconnoitre exactement ce qui se passe dans les diverses opérations : mais on ne peut espérer de découvrir les causes des«changemens qui s'opèrent dans les fourneaux et aux diverses époques des opérations, qu'en comparant soigneusement l'état des matières employées dans chaque circonstance, et après avoir bien reconnu leur composition par des analyses exactes.

Des opérations qui s'exécutent dans les fourneaux .

de fusion.

Pendant long- temps on n'a vu, dans le traitement des minérais par le moyen du feu , qu'une opération analogue à la liquéfaction d'un métal pur : on supposoit qu'il suftisoit de mettre le minéral en fusion, ou, comme on dit encore aujourd'hui, de le fondft, pour que le métal, plus pesant que les matières terreuses, s'en séparât et parût avec ses propriétés caractéristiques. On ne savoit pas alors que les • métaux ne sont point à l'état de mélange dans leurs minérais. Mais , comme ils sont combinés chimiquement avec l'oxigéne, et souvent aussi avec le soufre ou d'autres métaux, on ne peut espérer de les obtenir purs qu'à l'aide d'une décomposition réelle, pour laquelle il faut employer des agens chimiques, dont le feu n'est qu'un auxiliaire plus ou moins nécessaire. En effet, la simple fusion d'un minérai dans un vase fermé et sans contact de matières combustibles , comme dans un creuset de platine bien fermé , produiroit un verre ou une scorie , et point de métal. C'est , pour la plupart des minérais , le contact du charbon , dont l'action a été pendant si longtemps supposée bornée à la simple production de la chaleur, qui les décompose et met à nu les substances métalliques. Enfin, une certaine proportion entre les matières terreuses dans les fourneaux, soit qu'elle se rencontre naturellement, soit qu'on y arrive par des mélanges artificiels, suffit pour obtenir des scories bien fondues et par suite la réunion du métal. ■

Ce qu'on appelle la fonte des minérais est donc une opération toute chimique, où les affinités sont mises en jeu, et dans laquelle il faut employer des agens de décomposition

i Voyez c« qui a été dit sur les fondans , chapitre II, 4.' section.

l36 CHAPITRE IV.

pour obtenir un résultat déterminé. Nous allons examiner comment ces effets sont opérés dans les fourneaux, et quelles sont les conditions nécessaires pour attehfdre le but que Ton se propose.

En métallurgie, encore plus qu'en chimie, l'une des conditions les plus essentielles de l'action chimique , c'est , comme nous l'avons déjà indiqué, une certaine élévation de température, quelquefois modérée, plus souvent extrêmement élevée et voisine des plus hauts degrés de chaleur que l'art puisse produire. Pour bien comprendre les phénomènes qui ont lieu • dans l'intérieur des fourneaux, il faut remarquer que le résultat général des fontes de minérais se compose de produits que l'on peut réduire à deux : premièrement le produit utile, qui sera le métal ou les métaux qui forment le but de l'opération , ou du moins un composé qui les contiendra beaucoup plus concentrés que dans le minérai, ainsi qu'on le voit dans les résultats de la fonte crue, de la fonte pour obtenir des mattes , etc. ; en second lieu , les substances terreuses ou autres , dans lesquelles le métal se trouvoit engagé et que l'on rejette comme inutiles, lorsqu'elles ne contiennent plus de métal combiné ou en grenaille, que l'on puisse en retirer avec bénéfice : elles sont ordinairement combinées entre elles sous forme de verres ou de scories, et viennent occuper la superficie des creusets ou bassins de réception, le métal demeurant au-dessous.

On voit par ces détails que , dans une opération de fonte de minérai, il y a deux effets, produits successivement ou simultanément dans le même fourneau : i.° la fusion complète, ou à peu près, de toutes les matières terreuses et même d'une partie des oxides métalliques contenus dans le minérai : elle s'opère à l'aide d'une forte chaleur, et aussi d'un mélange en proportions convenables de toutes ces matières. a.° La réduction des oxides métalliques ou la désulfuration des métaux sulfurés , qui doit s'opérer après ou en même temps

que la fusion des matières étrangères. Cet effet de la réduction des oxides métalliques ne peut guère s'opérer pour certains métaux, tels que le fer, qu'à l'aide d'une haute température et d'un assez long contact de l'oxide avec le charbon. Le temps nécessaire pour la réduction peut influer sur les dimensions des fourneaux : c'est ainsi que l'on peut fondre les minérais de plomb, et surtout la litharge, dans des fourneaux très-peu élevés ; tandis que ceux où l'on fond les minérais de fer, le sont ordinairement beaucoup davantage.

Au reste, ces deux effets que nous venons de distinguer, ont une influence très-marquée l'un sur l'autre, du moins relativement au résultat final; car c'est suivant que les circonstances sont plus ou moins favorables à l'un ou à l'autre, que l'on obtient ou non la totalité du métal contenu , et que l'opération se fait avec économie. Ainsi, lorsque les proportions des subtances terreuses ne sont pas les plus convenables pour former un composé facilement fusible à la température ordinaire des fourneaux, , ou bien si cette température est trop basse et quelquefois même quand elle est trop élevée , les oxides métalliques obéissent à la tendance qu'ils ont à se combiner avec les terres pour former une combinaison vitreuse, et il en résulte une perte notable sur le métal contenu et que l'on se proposoit d'obtenir en entier ; la réduction étant devenue beaucoup plus difficile lorsque l'oxide est entré dans une combinaison et s'est vitrifié avec des terres, il faudra, pour obtenir le même résultat, consommer plus de combustible et le plus souvent même traiter plusieurs fois les mêmes matières. Nous indiquerons tout à l'heure les moyens qui sont mis en usage pour éviter ces inconvéniens.

Ajoutons encore, relativement à ce qui se passe dans les fourneaux, que la séparation complète des métaux réduits, d'avec les matières terreuses, dépend d'abord de leur réunion en globules, et ensuite de la facilité que trouvent ceuxci à traverser ces mêmes matières plus ou moins bien fon-

l38 CHAPITRE IV.

ducs, pour se rendre, sans être oxidés de nouveau , dans les parties inférieures ou creusets destinés à les recevoir. C'est sous ce rapport qu'il est utile que les laitiers aient toujours une fluidité suffisante pour que la séparation du métal s'en opère complètement en raison de la différence des pesanteurs spécifiques: mais, d'un autre coté, un laitier trop liquide n'enveloppe pas suffisamment les globules métalliques, n'y adhère pas assez et les laisse exposés à foxidation par l'action du vent de la tuyère; de plus, des laitiers de cette espèce attaquent souvent les parois des fourneaux , et dissolvent même quelquefois beaucoup de l'oxide que l'on se propose de réduire. C'est donc entre ces deux inconvéniens qu'il faut marcher, et c'est une partie de l'art des fondeurs qui exige beaucoup de soins et une grande connoissance des moyens de conduire un fourneau. Lorsqu'on a des scories épaisses qui retiennent des grains de métal, on les bocarde et on les soumet à un lavage pour en retirer ces grains. C'est ainsi qu'on le pratique pour certains laitiers des hauts- fourneaux à fer de fonte d'étain, de raffinage du cuivre, etc. , qui peuvent être traités avec bénéfice par ce procédé. Il y a peut-être une plus grande perte à avoir des laitiers très- fluides, qui contiennent beaucoup de métal par l'effet de la dissolution de son oxide ? parce que l'on ne peut l'en séparer que par une nouvelle fonte, opération toujours fort dispendieuse, ce qui oblige le plus souvent à abandonner et à rejeter des scories encore riches.

Les fourneauxji cuve et ceux à réverbère servent également à fondre des métaux et des alliages pour leur donner différentes formes, suivant les usages auxquels on les destine et en les coulant dans des moules. L'art du moulage, fondé sur la fusibilité des métaux , est évidemment une dépendance de la métallurgie, qui exige plus de pratique que de connoissances générales. 11 y a un autre moyen de changer les formes des métaux, c'est celui dans lequel on profite de leur malléabilité pour les forger en barres, les étirer en

fils, ou les convertir en plaques ou lames plus ou moins épaisses. On se sert pour cela des marteaux, des laminoirs, et toutes ces opérations, qui demandent une connoissance parfaite de certaines propriétés de métaux, l'appréciation de leur pureté, et une grande pratique des manipulations, sont encore liées intimement avec les travaux métallurgiques ; elles sont bien souvent exécutées dans les mêmes usines où Ton a préparé ou purifié les métaux.

Les aperçus que nous venons de présenter, suffisent pour montrer en quoi consiste la métallurgie comme science et comme art , et ce qui reste à faire pour en connoître en détail les procédés et les théories.