CHAPITRE IL

Traitement du cuivre natif en France.

Le9 minerais contenant le cuivre natif, provenant de l'Amérique du Sud, sont traités à peu près de la même manière dans les diverses usines établies en France. Dans toutes on emploie des fours à réverbère de très-grandes dimensions, à foyer profond, et chauffés à la houille : le traitement se fait en une seule opération divisée en trois périodes bien distinctes : la fusion, l'affinage et le raffinage.

Les minerais sont chargés sur la sole, avec des scories riches, et les crasses d'affinage ; on ferme hermétiquement toutes les portes, et on chauffe fortement jusqu'à fusion bien complète. On obtient deux produits assez nettement séparés : des scories contenant une certaine proportion d'oxydule de cuivre à l'état de silicate^ et des grenailles très-lines ; du cuivre plus ou moins impur, suivant la nature des minerais traités. Les scories sont enlevées avec un rable par la porte du fond, le cuivre est laissé sur la sole. D'après ce mode d'enlèvement des scories, les dernières qui sortent du four contiennent de nombreuses grenailles de cuivre ; elles sont mises de côté pour être chargées avec les minerais dans une nouvelle opé-

ration ; les autres sont jetées, bien qu'elles contiennent une notable proportion de cuivre. Dès que les scories sont toutes enlevées et la surface du métal bien découverte, on commence la seconde période, l'affinage du cuivre resté sur la sole ; on fait arriver sur le métal fondu de l'air n'ayant pas traversé le combustible, et on prolonge son action jusqu'à ce que les matières étrangères au cuivre soient oxydées. Il se produit des scories ou crasses qui contiennent beaucoup d'oxyde de cuivre ; ce sont des silicates basiques, imparfaitement fondus, auxquels la silice est fournie par la sole et par les parois du four; on les enlève à mesure qu'ils se forment. L'ouvrier reconnaît que l'affinage est terminé, d'abord à ce qu'il ne se produit plus de crasses, ensuite à ce que le cuivre tient en dissolution une certaine proportion d'oxydule, proportion croissante à mesure que le métal reste exposé pendant un temps plus long à l'action oxydante des flammes. Il suit aisément la dernière partie de l'affinage en prenant des essais du cuivre fondu : l'existence de l'oxydule est rendue manifeste par la couleur rouge de plus en plus forte que les essais présentent à la cassure.

La dernière période de l'opération, le raffinage, a pour objet spécial de réduire l'oxydule en excès formé pendant l'affinage ; on jette a la surface du métal quelques pelletées de charbon de bois, et on détermine un brassage énergique en plongeant une perche de bois vert dans le métal fondu. L'affineur prend de fréquents essais, afin de suivre la marche de la réduction de l'oxydule, et d'arrêter l'action du charbon au moment précis où, tout l'oxydule étant décomposé, le cuivre ne contient pas encore de carbone : quand ce point est atteint on procède à la coulée ; on puise le métal à la cuiller pour le verser dans des lingotières en fonte.

L'opération ainsi conduite ne forme pas un traitement

58 TtuatEmxt ftù cuivre natiK

complet ; les scories- produites sont riches eh oiydule de cuivre ; on ne peut charger atec les minerais que "celles qui renfermeùt des grenailles, et par suite on perd une certaine proportion de cuivre. En Amérique le traitenient des cuivres natifs du lac Supérieur se fait à peu près de la tnétne manière ; mais les matières terreuses étant en plus forte proportion, an perdrait trop de cuivre eu négligeant les scories; on doit les soumettre à un traitement spécial.

Pour le traitement de cuivre n^tif en France, je me bornerai à l'exposé des réactions chimiques des trois périodes de l'opération, en donnant les explications nécessaires pour mettre en évidence le but de chacune d'elles. Fufion. Les minerais contiennent du cuivre natif en petits

grains; utie faible proportion de cuivre oxydulé, de cuivre carbonate, de pyrites de fer et de cuivre, et quelquefols de la pyrite arsenicale : la gangue terreuse est presque exclusivement du quartz. Ces minerais sont riches et rendent le plus ordinairement de 70 à 75 pour 100 de cuivre en lingots. On ajoute, comme fondants, des scories riches des opérations précédentes, contenant comme bases des oxydes de fer et de cuivre, et renfermant des grenailles. Quand les scories deviennent trop siliceuses polir faire fondre aisément la gangue quartzèuse des minerais, on doit ajouter une certaine quantité de battitures oa de scories de forge.

Dès que les matières sont chargées, on lute toutes les ouvertures et on pousse rapidement le feu. La houille est maintenue dans le foyer sur une épaisseur assez grande jjour que les flammes ne soient pas oxydantes ; sans cette précaution une partie dd cuivre métallique serait oxydée avant la fusion, et les scories produites seraient extrêmement riches. Les flammes fi'ont qu'une action réductive très-faible sur les matières chargées dans le four ; elles

TftAtfÊNfiMf DU CUIVRE NÀtIF. 39

peuvent ramener à l'état métallique une partie du cuivre de l'oxydule ou du carbonate contenus dans les minerais, mais elles ne peuvent agir que très-faiblement sur les scories.

En négligeant Faction peu importante des flammes sur l'oxydule et le carbonate, on peut considérer la fusion des matières comme ayant lieu sans actions chimiques autres que celles qui peuvent provenir de ces matières elles-mêmes. Ces actions sont très-simples;

Les pyrites se dissolvent progressivement dans le cuivre, à mesure qu'il entre en fusion ; elles introduisent ainsi dans le métal le fer, le soufre et l'arsenic, dont ensuite il faudra le purifier.

Les scories entrent progressivement en fusion et absorbent les gangues terreuses des minerais en même temps que les oxydes de cuivre non réduits par les flammes. Pendant cette fusion les pyrites peuvent agir partiellement comme réductif sur l'oxyde de cuivre des scories, mais cette action est négligeable, en raison de la petite proportion des pyrites. Les produits de la fusion sont :

1° Ou cuivre itapur contenant la presque totalité du fer, du soufre et de l'arsenic des minerais ; on obtient à cet état : le cuivre natif, une partie du cuivre des minerais oxydulé et carbonate, et les grenailles dès scories riches des opérations précédentes.

2° Des scories contenant, à l'état de silicate, l'oxyde de cuivre des scories chargées et ceux de l'oxydule et du carbonate non décomposés par les flammes réductives pendant la fusion. Elles renferment donc plus d'oxyde de cuivre que celles mélangées aux minerais : elles ne peuvent contenir qu'une très-faible proportion de fines grenailles, foutes les fois du moins que le maître fondeur a soin de leur donner la fluidité convenable par additioh

de fondants ferrugineux, et de maintenir la fusion parfaite pendant un temps assez long pour que le cuivre puisse se rassembler sur la sole.

On retire les scories du four par la porte du fond, à l'aide d'un rable, et par là on entraîne nécessairement une certaine quantité de cuivre métallique, disséminé sous forme de grenailles de toute grosseur dans les dernières scories enlevées. On ne peut repasser dans chaque opération qu'une partie des scories produites dans l'opération précédente, et on choisit évidemment celles qui contiennent le plus de grenailles ; les autres sont jetées, le cuivre qu'elles renferment est perdu, à moins qu'on ne soumette ces scories à un traitement spécial au four à manche.

Pour appauvrir pendant la fusion elle-même les scories produites à un point tel qu'on puisse négliger le cuivre contenu, il faudrait faire agir sur elles le charbon ou le fer métallique.

Ces deux moyens d'appauvrissement doivent être étudiés avec attention.

Action du charbon. — On peut employer le charbon de bois ou la houille maigre non pyriteuse, en petits fragments. On charge le réductif quand les matières sont arrivées à l'état pâteux, et on le fait pénétrer autant que possible en. brassant avec le ringard. L'action du charbon sur l'oxyde de cuivre commence presque de suite et se continue jusqu'à la fusion parfaite des scories; l'excès de charbon employé vient alors nager à la surface et n'a plus d'effet notable. On arrive aisément à ramener les scories à la teneur de i/2pour 100 de cuivre (en comptant seulement l'oxydule combiné avec la silice), teneur qui doit être considérée comme très-faible relativement à la richesse des minerais.

L'inconvénient grave que présente l'emploi du charbon est son action sur l'oxyde de fer : à la haute tempe-

rature nécessaire pour la fusion des scories une notable proportion de fer est amenée à l'état métallique, le cuivre obtenu est chargé de fer, et son affinage est rendu trèsdifficile. J'expliquerai bientôt que pour le cuivre noir contenant du fer et du soufre en proportion assez grande pour que le fer soit en entier combiné avec le soufre, à l'état de matte disséminée dans le cuivre fondu, raffinage peut se faire assez rapidement. Il est au contraire presque impossible, en l'absence du soufre, d'oxyder la totalité du fer sans perdre une forte proportion de cuivre. Pour ce motif, le charbon n'est pas ordinairement employé pour appauvrir les scories, quand les minerais ne renferment, comme le corocoro et les autres minerais de l'Amérique du Sud, qu'une très-petite quantité de pyrites.

Action du fer. — Le fer peut être utilisé comme réductif, avec plus de succès que le charbon ; quand toute la charge est bien fondue, on place horizontalement dans l'épaisseur de la scorie des barres de fer, supportées latéralement par les parois du four. Le fer ramène d'abord à l'état de protoxyde le peroxyde qui peut exister dans la scorie : il réduit ensuite avec une certaine rapidité l'oxydule de cuivre, sans introduire du fer métallique dans le cuivre, pourvu qu'il n'y ait pas contact entre ce métal et les barres employées. Quand l'appauvrissement est convenable, on enlève les barres et on procède comme d'ordinaire à la sortie des scories.

Cette action du fer exige dans les conditions ordinaires deux ou trois heures seulement ; il est facile de calculer l'avantage économique qui peut résulter de son emploi, en comparant la valeur du cuivre retiré des scories 4 à celle du fer oxydé, et au combustible brûlé pour entretenir la chaleur du four pendant son action. On peut ad-

1 Les scories peuvent être amenées à ne tenir que 1/2 pour 100 de caiTre à Vétat d'oxydule combiné avec la silice.

42 TRAITEMENT BU CUItttfi NATIF.

mettre que la perte de poid^ des barres est à peu près égale au poids du cuivre obtenu dans celte partie de l'opération.

Aranage. Le cuivre ne peut être purifié des matières étrangères qu'il contient : fer, soufre, arsenic, que par leur oxydation complète ; il est donc essentiel que pendant toute cette période les flammes arrivent sur la sole avec un excès d'oxygène : on atteint facilement le but, sans modifier la disposition du foyer, en laissant un jour plus ou moins grand à la partie supérieure du tas de houille qui sert à fermer l'ouverture de chargement du combustible.

L'ouvrier peut modifier à son gré la quantité d'air frais qui arrive par là dans les flammes, et revenir instantanément aux conditions de la première période, en bouchant complètement l'ouverture avec quelques pelletées de houille.

Cette disposition unit à une très-grande simplicité l'avantage de ne pas refroidir le bain métallique, et même de ne pas abaisser notablement la température des flammes, tout en leur donuant la faculté oxydante.

Dans le four ainsi disposé l'oxydation ne peut avoir lieu qu'à la surface du bain ; le cuivre, étant en proportion beaucoup plus grande que les matières dont il faut le purifier, doit s'oxyder très-rapidement, et par suite l'affinage ne peut pas avoir lieu par l'oxydation directe du fer, du soufre et de l'arsenic. La purification suffisamment économique n'est possible qu'en raison de la propriété que possède l'oxydule de cuivre de se dissoudre dans le métal en fusion.

L'oxydule formé à la surface, avec une rapidité que Taffineur peut régler aisément, se dissout et va chercher daus toutes les parties de la masse fondue les matières étrangères qui doivent être oxydées. Il agit rapidement sur les sulfures de fer et de cuivre qui sont départis très-

uniformément, qu'on pqut considérer comme dissous dans le cuivre et qui tendent à se porter vers la surface, en raison de leur plus faible densité; son action sur le fer métallique est nécessairement beaucoup plus lente, parce que ce métal n'a pas d'affinité chimique pour le cuivre, et par suite n'est pas dissous comràe les sulfures ; enfin l'oxydule ne peut agir que très-incomplétement sur l'arsenic, à cause de la faible différence d'affinité pour l'oxygène que présentent l'arsenic et le cuivre, et de la très-grande affinité que ces deux corps ont l'un pour Tautre.

Ces réactions sont assez complexes et doivent être étudiées avec soin, non pas seulement au laboratoire, mais encore et surtout dans les usines ; elles sont variables avec les proportions des matières étrangères que contient le cuivre.

Je considérerai seulement deux^cas différents, afin de ne pas trop allonger ces explications chimiques.

Premier cas. Cuivre renfermant presque exclusivement du fer, ne contenant pas de soufre et d'arsenic ou rien contenant que des traces. — Le fer est irrégulièrement réparti dans la masse du cuivre, il ne décompose Poxydule que lentement et à mesure que ce dernier tient en contact avec lui ; il se produit du cuivre métallique et du protoxyde de fer; ce dernier monte à la surface du bain, absorbe progressivement, et eu même temps que Toxydule de cuivre, un peu de la silice des parois, et donne lieu à des silicates basiques. Ces crasses, exposées à Faction des flammes oxydantes, ne peuvent rester fluides que trèspeu de temps : elles deviennent pâteuses par suite de la transformation du protoxyde de fer en peroxyde.

L'action sur le fer ebt lente et n'est complète qu'après l'oxydation d'une très-forte proportion du cuivre.

Deuxième cas. Cuivre contenant en mime temps du fer

et du soufre. — Le fer est à l'état de sulfure probablement combiné avec une certaine proportion de. sulfure de cuivre, formant une matte, dissoute dans le cuivre métallique, et se portant vers la surface.

L'oxydule de cuivre agit d'abord sur le sulfure de fer, en produisant de l'oxyde de fer et du sulfure de cuivre ; cette première action produit la majeure partie «des scories ou crasses ferrugineuses ; elle est rapide, parce que le contact est intime entre l'oxydule et le sulfure, tous les deux dissous, le premier se formant à la surface du bain et se disséminant rapidement dans l'intérieur, l'autre existant dans la masse et se portant vers la surface en raison de sa plus faible densité.

Quand la proportion du sulfure de fer est devenue faible et celle de l'oxydule de cuivre plus forte, c'est-àdire au moment où les scories d'affinage ne se forment plus que lentement, l'oxydule agit très-rapidement sur le sulfure de cuivre, avec production d'acide sulfureux. Cette réaction produit un véritable bouillonnement qui se prolonge d'autant plus que le cuivre noir renferme un plus grand excès de soufre ; elle annonce à l'ouvrier que l'affinage est presque terminé.

L'arsenic n'est pendant tout ce temps que très-faiblement oxydé ; il reste pour la plus grande partie à l'état d'arséniure de cuivre. Ce composé est détruit lentement par l'oxydule, quand ce dernier peut rester dissous en proportion assez forte, c'est-à-dire vers la fin de raffinage ; il se produit de l'arsénite d'oxydule de cuivre, qui se retrouve dans les scories formées les dernières, et en même temps les plus riches en cuivre. L'expérience démontre qu'on ne peut jamais oxyder la totalité de l'arsenic sans perdre la majeure partie du cuivre;. ce fait pratique est aisément expliqué par les affinités chimiques des deux corps.

Dans le cas des cuivres natifs qui ne contiennent ordinairement que des traces d'arsenic , on n'en tient pas compte dans l'affinage, et on arrête l'oxydation après le bouillonnement , dès que les essais indiquent dans le métal l'existence permanente d'une notable proportion d'oxydule de cuivre : on est alors bien certain qu'il ne peut rester dans le métal ni fer ni soufre.

Des considérations précédentes, relatives aux deux cas extrêmes (cuivre ferreux, cuivre renfermant un excès de soufre), on pourra déduire aisément quelles réactions chimiques doivent avoir lieu pendant l'affinage , dans toutes les conditions différentes. On peut considérer comme fait pratique, en même temps expliqué par les réactions théoriques, que le cuivre contenant un excès de fer est plus difficile à purifier que le cuivre noir contenant un excès de soufre.

Au moment où on interrompt l'affinage, le cuivre Rtfflwge. contient une proportion assez forte d'oxyduleet une très-faible quantité d'arsenic, dont je ne m'occuperai pas dans le présent chapitre. On ne peut procéder à la coulée, parce que l'oxydule enlève au cuivre sa malléabilité; on doit auparavant le réduire en totalité, par l'action du charbon, en ayant soin de s'arrêter avant que le métal puisse se combiner avec le carbone. Le carbure se dissout aussi bien que l'oxydule dans le cuivre, et lui enlève au même degré ses propriétés utiles.

Pendant le raffinage, les flammes ne doivent plus être oxydantes; il faut boucher exactement avec de la houille l'ouverture de chargement du combustible dans le foyer.

On détermine la réduction de l'oxydule en couvrant la surface du bain avec du charbon de bois, ou avec de la houille maigre, non pyriteuse et menue ; on la rend plus rapide en plongeant dans le métal une perche de bois vert, qui produit un brassage très-énergique par le déga-

46 TBA1TEMEMT DU CU1VBE HATIF.

gement des gaz provenant de la décomposition de la matière organique.

L'action du bois est assez complexe : il agit certainement comme réductif par les gaz dégagés et par le charbon produit; le bouillonnement qu'il détermine amène rapidement en contact avec le charbon qui nage à la surface toutes les parties du métal.

Sans l'emploi du bois vert, plongé jusqu'au fond du bain, l'oxydule devrait venir au contact du charbon progressivement et à mesure de sa diffusion dans le cuivre fondu : il faudrait, par suite, un temps considérable pour la réduction à peu près complète.

L'affineur doit retirer la perche et suivre constamment la marche de l'opération, en prenant de fréquents essais à partir du moment où il suppose que la majeure partie de l'oxydule est réduite. Les essais sont pris dans un moule de très-petites dimensions, refroidis de suite par une ipnnersion dans l'eau, entaillés au ciseau et cassés à l'aide d'un élaû. La couleur et la texture que le cuivre présente à la cassure indiquent très-nettement l'état chimique du rnétal. La texture est grenue, la couleur est très-rouge tant que le cuivre contient encore de l'oxy^ dule; l'action réductive doit être continuée. Le cuivre est au point convenable pour la coulée, quand la couleur rosée et la texture un peu soyeuse démontrent la pureté chimique du métal. A ce moment précis, il faut contrebalancer l'action du charbon qui nage à la surface, en laissant arriver une certaine quantité d'air frais par la porte du foyer.

La coulée se fait à la cuiller et demande un temps trèslong, parce que généralement l'affinage est fait sur un poids considérable de cuivre : l'affineur ne peut pas être certain de maintenir pendant tout ce temps l'équilibre entre l'action réductive et carburante du charbon et

HUITOMEHT DU CU1VBE NATIF. 47

l'influence oxydante des flammes, et de l'air qui s'introduit toujours par la porte de coulée : il doit prendre de temps en temps des essais afin de constater l'état du cuivre; le plus souvent, l'action oxydante a été dominante, et le cuivre contient un*peu d'oxydule vers le milieu de la coulée. Il faut alors fermer hermétiquement la porte du foyer et faire agir de nouveau la perche de bois vert ou le charbon tout seul, jusqu'à ce que le cuivre ait été ramené au point convenable. On reprend alors le travail de la coulée.

Un affineur peu exercé dépasse fréquemment le point convenable du raffinage, c'est-à-dire qu'il laisse agir trop longtemps le charbon et le bois; le cuivre ne contient plus d'oxydule, mais renferme une certaine proportion de carbure de cuivre. Les prises d'essai indiquent la présence du carbure par la texture grenue et la couleur jaune que présente la cassure. Il faut alors recommencer l'oxydation et la prolonger jusqu'à ce que le cuivre contienne de nouveau de l'oxydule, dont la présence est une preuve certaine que tout le carbone a été oxydé. On doit enfin procéder de nouveau au raffinage. Le défaut d'attention ou d'habileté de l'affineur cause donc une perte de temps, de combustible et de cuivre, qui peut influer notablement sur les frais de traitement.

Jl importe de remarquer que les deux séries d'essais pris à la fin de l'affinage et pendant le raffinage diffèrent beaucoup. Pour les premiers, l'ouvrier n'a pas besoin de se presser; il doit surtout s'attacher à bien constater que le métal contient une notable proportion d'oxydule, indication certaine de l'élimination du fer et du soufre. Il peut donc prendre les essais dans une poche de fer un peu grande, laisser refroidir lentement, examiner attentivement tous les caractères qui peuvent lui indiquer l'état chimique du cuivre, la coloration à la surface pendant

le refroidissement, la couleur et la texture à l'intérieur ; s'il arrête l'oxydation quelques minutes trop tard, il n'en résulte qu'une dépense de combustible tout à fait négligeable.

Pendant le raffinage, au contraire, Pétat chimique du cuivre varie très-rapidement; c'est à une minute près que l'ouvrier doit saisir l'instant auquel il convient d'arrêter l'action du charbon et du bois. Dès que l'oxydule a été complètement réduit, la carburation commence. Si le point convenable est dépassé, le moment de la coulée est retardé souvent de plus d'une heure.

Usine de Détroit. — 4854.

Gomme exemple de traitement des cuivres natifs à l'étranger, je choisis l'usine de Détroit (Amérique du Nord) dans laquelle on traite à façon les masses et les produits de la préparation mécanique, envoyés par diverses mines du lac Supérieur. Le traitement, dans cette usine, est plus complet que dans les usines françaises; les scories des fours à réverbère sont fondues dans des cubilots, et on ne jette que les scories sorties de ces appareils et contenant certainement moins de 4/2 pour 400 de cuivre.

Situation de l'usine. — L'usine est construite sur le bord de la rivière qui réunit le lac Huron au lac Erié, et à une faible distance de la ville de Détroit, dont l'importance et l'activité commerciale se développent avec une grande rapidité.

Les navires à voiles et à vapeur qui naviguent sur les grands lacs peuvent aborder au quai de l'usine, apporter les matières premières ou charger le cuivre en lingots.

Les minerais sont toujours amenés par navires et seulement pendant l'été; le fret du lac Supérieur à l'usine varie de 20 à 50 francs par tonne.

La houille provient des mines exploitées dans les environs de Pittsburg, au sud du lacErié ; elle est de bonne qualité et coûte, rendue à l'usine, de 25 à 30 francs la tonne.

Le bois et le charbon de bois sont à très-bon marché ; le bois coûte 10 francs et le charbon de 40 à 55 francs par tonne.

L'anthracite de Pensylvanie, employée pour le traitement des scories, revient à 42 francs.

Les briques réfractaires proviennent de Pittsburg, de New-Castle (Ohio), ou de New-York ; elles coûtent :

Briques de Pittsburg. . . 130 fr. le mille, plus 80 fr. de transport.

— New-Castie.. 155 — 37 —

— New-York... 210 - 140 -

Les briques de New-Castle sont presque aussi bonnes que celles de New-York, et sont préférées à cause de leur prix moins élevé.

Le cuivre est transporté à New-York, Boston, Philadelphie, etc., soit par les lacs et les canaux, soit par les chemins de fer. Les prix des transports sont très-bas; ainsi on paye :

De l'usine à New-York 30 francs par tonne.

— à Boston 33 —

— à Philadelphie 38 —

La main-d'œuvre est très-chère ; les ouvriers spéciaux gagnent de huit à douze francs; les manœuvres de cinq à six francs. C'est une condition défavorable, commune