CHAPITRE H

Considérations générales.

Une grande partie des minerais oxydés et carbonates produits par les mines de l'Amérique du Sud sont envoyés en Angleterre et fondus dans les usines de Swansea, mélangés avec des minerais très-variés. Il n'existe qu'un nombre assez restreint d'usines qui traitent spécialement cette classe de minerais de cuivre : les méthodes de traitement sont cependant assez différentes, suivant la richesse et la nature des minerais, et les conditions diverses dans lesquelles les usines sont établies.

Les minerais très-riches sont fondus au réverbère ou au four à manche : l'emploi du réverbère exige que la houille soit à un prix assez bas ; le four à manche est adopté de préférence dans les usines éloignées des bassins houillers et pour des minerais moins riches.

Les minerais très-pauvres ne peuvent pas être enrichis par une préparation mécanique, même quand les gangues sont exclusivement terreuses ; la scorification de ces gangues entraîne une consommation de combustible énorme relativement au cuivre produit ; le traitement par fusion n'est possible que dans des conditions presque exceptionnelles de bon marché des combustibles.

Dans quelques usines, on a essayé la voie humide et la cémentation pour extraite le cuivre de certains grès imprégnés de carbonates ; la consommation en acides et surtout en ferraille ou en fonte, la perte en cuivre, sont très-fortes, et, par suite, cette méthode ne peut être économique que dans des circonstances spéciales.

Les eaux vitrioliques provenant des mines anciennement exploitées sont traitées généralement par cémentation ; cependant, dans le nord de l'Europe, en Norwége , on emploie avec succès la précipitation du cuivre par l'hydrogène sulfuré.

La description détaillée de toutes les méthodes suivies dans les diverses usines m'entraînerait beaucoup trop loin ; aussi me borhërài-je à des considérations générales sur le traitement des minerais riches au réverbère, et sur la méthode autrefois suivie à l'usine de Chessy. Je donnerai plus de détails sur le traitement par voie sèche des minerais pauvres, qui présente des difficultés beaucoup plus grandes ; je prendrai comme exemple la méthode de Pernl dans l'Oural.

Je ne parlerai pas de la cémentation, parce que j aurai occasion de la décrire daus le chapitre suivant, pour usine d'Agordo. Cet exemple me parait suffire pour faire comprendre les précautions qu'il faut prendre pour le traitement par le fer des eaux acides des anciennes mines de cuivre.

Traitement des minerais riches an réverbère.

Le traitement au réverbère des minerais oxydés et carbonates présente à peu près la même série de manipulations que la fonte des cuivres natifs : la seule

TRAîTEllfeNT DES MUSERAIS ti&YttÊS. Il

différetice résulte de la nécessité de réduire l'oxyde avant d'arriver à Id fusion complète.

L'opération dans le four à réverbère comprend trois périodes : réduction et fusion ; affinage du cuivre ; raffinage et coulée en lingots. Les deux dernières sont faites absolument de la même manière que lorsqu'on traite des cuivres natifs; je n'ai besoin de m'occuper ici que de la première.

On charge les tninerais mélangés avec les fondants J*^™ que nécessitent les gangues et le charbon qui doit opérer la réduction de l'oxyde : on ajoute une certaine proportion de scories renfermant des grenailles de cuivre; les scories, crasses et résidus de l'affinage, du Raffinage et de là coulée ; les débris de soles et de briques contenant du cuivre, produits dans la campagne précédèîlte.

On emploie corilme réductif le chàrboû de bois bu la houille sèche; cette derrière paraît être préférable, bien qu'elle agisse certainement par contact avec moins d'énergie que le charbon de bois : les gaz réductifs qu'elle produit par distillation lente agissent pendant tout le temps qui précède la fusion, et peuvent pénétrer aisément dans l'intérieur des morceaux de minerai. On ne doit pas craindre d'employer de ld hôilille contetiarit quelques mouches de pyrite de fer, pourvu que ce ne sbit pas de la pyrite arsenicale : le sulfure de fer en faible proportion ne peut agir qu'utilement comme rédiictlf dU silicate de cuivre.

Toutes les matières étant chargées, on lute les portes, et on chauffe progressivement, en thairitenant les flammes aussi peu oxydantes que le £errtiet la profondeur du foyer : quand la fusion paraît à peu près complète, on brasse pendant quelques instants afin de détacher de la sole et des parois les matières inal fondues, qui souvent adhèrent très-fortetïiëht.

On donne ensuite un fort coup de feu, afin d'amener le cuivre et les scories à une fluidité suffisante pour permettre leur séparation nette : on enlève les scories par la porte du fond, et on procède à l'affinage et au raffinage du cuivre resté sur la sole.

Cette première période donne, comme produits , du cuivre noir et des scories : généralement, les scories contiennent de 1 à 2 pour 100 d'oxydule de cuivre, et de plus quelques grenailles dont la proportion est varia ble avec les soins que met l'ouvrier à faire sortir les scories.

Le cuivre noir est assez pur et retient une petite quantité de fer, dont on le débarrasse à peu près complètement par l'affinage. L'expérience indique qu'il est possible d'obtenir des scories plus pauvres, ne renfermant que 1/2 pour 100 de cuivre ; mais alors le cuivre est plus ferreux, son affinage est plus long et difficile ; le déchet est plus considérable.

Pour les minerais très-riches, la proportion des scories obtenues est très-faible, et par conséquent on a une véritable économie à conduire l'opération de manière que le cuivre noir soit peu ferreux. Les minerais contenant de 25 à 30 pour 100 de cuivre donnent une proportion de scories assez forte pour qu'on ait intérêt à les traiter au four à manche ou au cubilot, comme à l'usine de Détroit.

Dans aucun cas, on ne doit chercher à obtenir des scories pauvres de la fusion au réverbère, à moins qu'on ne puisse employer le fer métallique pour achever faction réductrice commencée par le charbon. Raclions. Pour mieux faire comprendre les difficultés que présente l'opération au réverbère, je crois devoir exposer avec quelques détails les réactions principales qui ont lieu dans cette première période.

Les matières chargées sur la sole contiennent le cuivre sous divers états : les minerais renferment de l'oxyde, de l'oxydule ou du carbonate , quelquefois même du silicate de cuivre, mélangés avec des gangues terreuses et souvent ferrugineuses : les scories et les crasses sont des silicates d'oxydule de cuivre et de protoxyde de fer, contenant une proportion variable de grenailles de cuivre.

Ces matières sont progressivement chauffées dans une atmosphère, sinon réductive, du moins peu oxydante, dont l'action est très-faible. Elles perdent d'abord Peau et l'acide carbonique qu'elles contiennent ; le charbon et les gaz réductifs, produits par la distillation de la houille mélangée, agissent sur les oxydes de cuivre et de fer non combinés avec la silice. L'action est presque nulle sur les silicates qui sont chargés en morceaux, ne se laissent pas pénétrer par les gaz, et n'ont qu'un contact peu intime avec le charbon.

Sur les oxydes non combinés la réduction est d'autant plus complète que les matières sont maintenues pendant plus longtemps à une température élevée, assez modérée cependant pour ne pas déterminer la fusion des scories chargées. On doit chercher à obtenir la réduction totale des oxydes de cuivre, sans que l'oxyde de fer soit amené à l'état métallique ; ce résultat ne peut être atteint régulièrement dans les usines, parce que la décomposition du protoxyde de fer par le charbon ou par les gaz réductifs commence presque en même temps que celle de l'oxydule de cuivre.

On a donc dans la masse des matières contenues dans le four, au moment où les scories chargées commencent à couler : du cuivre métallique ; une certaine proportion de fer métallique; du protoxyde de fer; une petite quantité d'oxydule de cuivre; les matières terreuses;

les fofadarits ajoutés, et les scories chargées, qui n'ont encore Subi presque aucune modification chimique.

Les scories commencent à fondre par la surface, qui est faécessairement la partie là plus chauffée : elles absorbent progressivement les fondants, les matières terreuses des fcninérais et leë oxydes métalliques noh réduits. Le charbon en excès vient progressivement à la surface, en raison de sa plus faible densité, tandis que les detii métaux se séparent peu à peu de là scorie, pour se réunir sur la sole au point le plus bas.

Pendant cette fusion, toujours assez lente, le charbon et le fer métallique agissent sur l'oxydlile de cuiVre des silicates, et produisent du cuivré. L'action du 1er est bien plus énergique que celle du charbon, parce qde ce dernier est porté plus rapidement vers la Surface, et ({de le fer est plus divisé et reste plus lohglemps ëh mélangé intime avec la scorie. Cette dernière peut donc être suffisamment appauvrie, si le fer a été ramené en assez grand excès à l'état métallique pendant la première partie de l'opération, flans ce cas, la presque totalité de l'oxyde dé cuivre des minerais est réduite avant là fusion, et l'action du fer n a plus à s'exercer que sur les silicates (scories richeô) chargés en même temps t}Ue lès minerais : l'excès du fer reste avec le cdivre et rëhd son affilage difficile.

Ouand, au contraire, l'action ^éductive n'a pas été suffisante avant la fusion des scories* celles-ci contiennent une partie de l'oxydulé de cuivre dés minerais, et le fer réduit n'est pas en proportion assez grande pour les appauvrir complètement. Le cuivre obtenu est très-{mr, les scories sont trop riches pour être jetées ; il faudrait dohc passer les scories du réverbère au four à manche oli ail cubilot, ou bien les traiter ddus le réverbère Luimêine [jâr des lameà de fW, comme je lai déjà indiqué

précédemment. L'action du 1er sur les scories, avant leur sortie du four, allonge beaucoup l'opératiorf, mais bdnserVe au cuivre sa pureté.

TnUtoneBt des minerais riehes au four à mafcehe.

Je prendrai pour exemple la méthode jadis adoptée à l'usine deChessy pour le traitement des minerais carbonates assez riches, rendant de 27 à 28 pour 100 de cbivre. Pour la facilité de la description j'écrirai au temps présent, bien que l'usine ne Soit plds en activité.

Les ifainerais ne contiennent qu'une faible ptopdrtidfl d'oxyde de fer : la gangue est uti mélange d'argile et de qiiartz. L'usihe est construite à proximité de la mlhe; auprès d'un cours d'eau qui fournit là force motrice nécessaire à la soufflerie. Lé coke coûte fchvitori 45 fraùcs la toniie, et là chaui, employée cdtiime foiidant, de 45 à 50 francs.

Les minerais sont fondus dahs des fours à mantihë peu élevés; on ajoute de la dhaux, des scories ricliës de la fonte elle-taême, dés scories d'affinage, et toutes les taatières contenant du cuivre, résidtis des diverses op8ratidns.

Cette fonte donné deux produits : du ciiivte noir et des scories. Les scôties, cassées au marteau et tHées, sont divisées en deux classes : les scories pauvres, nfe renfermant pas plus de 1/2 pour 400 de cuivre; les scories riches, contenant soit des greiiai lies soit de I'oxydtilé.

Les premières sont jetées; les autres sont repassées dans les lits de fusion.

Le cuivre noir est affiné au petit fbyei-, sùiVaiit la

méthode allemande, que je décrirai plus en détail au chapitre des minerais pyriteux.

Je ne m'occuperai maintenant que de la fonte au four à manche, et je chercherai principalement à montrer quelles sont les réactions chimiques principales qui ont lieu dans cette opération.

Dimensions principales des fours à manche de Chessy.— La section horizontale au niveau de la tuyère est de 0m,60 sur 0m,85; la poitrine et la warme sont verticales, les deux costières un peu déversées à l'extérieur ; section au niveau supérieur, 0m,70 sur 0m,85.

Profondeur du creuset au point le plus bas, sous la poitrine, 0m,40 au-dessous de la tuyère.

Hauteur de la poitrine : tm,80; elle ne descend pas plus bas que le plan horizontal passant par la tuyère; î'avant-creuset avance à 0m,30 de la face extérieure de la poitrine : le bassin de coulée en brasque est disposé comme d'ordinaire dans le sol de l'usine et sur le côté.

L'œil de la tuyère a 0m,08 de diamètre; le vent est fourni par deux grands soufflets pyramidaux, en bois, soufflant alternativement, lançant environ 8 kilogrammes d'air par minute, avec une pression variable, ne dépassant pas 0m,08 de mercure.

On maintient, autant que possible, le nez à la longueur de 0m,45 à 0m,20; mais à Chessy, comme dans toutes les usines qui emploient les fours à manche, la longueur et le diamètre du nez sont assez variables.

Lits de fusion. —Les matières qui doivent être fondues et dont le mélange peu intime constitue le lit de fusion, sont disposées devant chaque four à manche, par couches horizontales et peu épaisses. Les ouvriers prennent à la pelle à peu près toute la hauteur du tas, et remplissent les bâches en bois, dont le contenu est jeté dans le four, par l'ouverture au-dessus de la poitrine. On peut ainsi,

sans frais particuliers de main-d'œuvre, charger à peu près régulièrement les matières diverses que l'ingénieur a jugées nécessaires pour la bonne marche de l'opération.

Le mélange est un peu variable avec l'allure du four, indiquée par l'apparence du nez, la fluidité et la couleur des scories : le maître fondeur peut seul juger, d'après ces caractères, de quelle manière il convient de modifier la composition des lits.

Dans un lit de fusion, on met, en général, la quantité des matières diverses qu'on suppose pouvoir être fondues dans un poste, c'est-à-dire en douze heures : environ 1 tonne de minerais. Cependant, quand le four est en bonne allure, et qu'aucun dérangement ne vient retarder la fonte, on peut passer, en vingt-quatre heures, jusqu'à 5 tonnes de minerais, ou trois lits de fusion, qui sont préparés séparément et un peu d'avance.

En bonne allure, on passe, pour 1 tonne de minerais :

De 0,025 à 0,030 de cuivre oxydulé contenant de l'oxyde de fer; 0,055 à 0,060 de crasses et scories d'affinage ; 0,010 à 0,015 de résidas cuivreux, débris désoles de petit foyer et de

fours a manche ; 0,200 à 0,250 de chaux caustique;

0,500 » de scories contenant des grenailles ou de l'oxydule de cuivre, et provenant du four à manche (1). •

Les éléments du lit de fusion, qui varient suivant l'allure du four, sont les scories d'affinage, le minerai oxydulé et la chaux caustique : les deux premiers doivent être considérés comme apportant l'oxyde de fer dans le lit de fusion; on doit diminuer leur proportion quand le cuivre noir obtenu est trop chargé de fer ; la proportion de chaux caustique doit être augmentée quand les

(1) Pour 1 de minerai renfermant environ 0,40 de gangue argileuse et quartieuse, on doit fondre de 1,80 à 1,85 de matières diverses.

scories deviennent trop siliceuses et retiennent trop d'oxydule de cuivrp à l'état de silicate.

Opération. — Dans le chargement par le gueulard, on jette le lit de fusion contre la warme et le coke contre |a poitrine; cependant la séparation ne saurait être bien net{ç, même dans le haut du four, et le combustible doit se mélanger en partie avec le lit de fusion à mesure que les charges descendent vers la tuyère.

La température est très-éleyée devant le ne?, où le vent agit directement sur le poke, en produisant de l'acide carbonique ; elle dingue progressivement vers le haut du fpur; le gueulard ne peut pas être maintenu constamment obscur, c'est-à-dire que les gaz sont encore assez chauds pour s'enflammer au contact de l'air.

Dans le creuset se réunissent le cuivre noir et les scories, et leur niveau s'élève progressivement jusqu'à la surface supérieure de la brasqne qui lijpite Tavant-cfeuset; à partir de ce moment, les scories coulent librement à l'extérieur sous la croûte de scories et de charbon qui ferme l'avanHîreuset. Ces scories sont pauvres, et peuvent ordinairement être jetées; cependant on doit toujours les casser au marteau e\ les soumettre au triage, afin de séparer celles qui tiennent des grenailles. On conserve également, pour repasser dans les lits de fusion, celles qui sont produites dans les dérangements du four.

A la fin de chaque poste ou fait couler dans le bassin extérieur le cuivre noir et les scories qui sont dans le creuset; on nettoie, autant que possible, le bas du four ; on bouche le trou de coulée avec un tampon d'argile ; on couvre l' avant-creuset avec de grosses plaques de scories et du menu coke un peu mouillé, puis on recommence à charger le lit de fusion et le coke.

Dans le bassin, on enlève la scorie qui surnage le cuivre, autant que possible d'un seul morceau, quand elle

TRAITEMENT QF9 MISERAIS OXYDÉS, 79

est entièrement solidifiée et le cuivre noir encore en fusion parfaite. Le cuivre es{ ensuite enlevé par rondelles, et celles-ci sont portées à l'atelier 4*pffinage*

Les scories du bassin 4e coulée contiennent presque toujours une assez forte proportion de grenailles et d'oxydule de cuivre combiné avec la silice ; elles sont toutes passées dans les lits de fusion.

L'enlèvement dp cuivre noir en rondelles détériorp beaucoup la brasque du bassin ; il faut la réparer à chaque coulée et la sécher avec des charbons embrasés, avant de faire de nouveau couler le cuivre et les scories; sans cette précaution, l'humidité de la brasque pourrait causer des explosions dangereuses.

La durée des campagnes est un peu variable, mais ordinairement très-longue, de plusieurs mois; cette durée eiceptionnejle doit être attribuée à la constance de la composition du minerai et aux soins apportés dans la disposition (jes lits de fusion.

Les scories obtenues sont très-siliceuses, contiennent de 50 à 55 popr 100 de silice, et corrodent très-peu les parois en briques réfractaires. Pendant la campagne, il faut, f}s$ez fréquemment, réparer le creuset et le bas de la poitrine : ces réparations ne causent que de courtes interruptions dans le travail.

Le massif en briques réfractaires s'use lentement audessus de la tiiyère et sur les 4PH* côtés au même niveau ; la poitrine peu épaisse, refroidie par l'extérieur, n'est en contact qu'avec \e combustible, et résiste trèsbien pendant toute la campagne.

Les briques qui forment le bas de la poitrine sont cassées assez souvent par les chocs répétés des ringards, introduits dans le four pour détacher les engorgements et faciliter la descente des charges.

L'usure des parois augmente progressivement les di-

mensions intérieures du four au niveau de la tuyère; cette augmentation permet d'abord de passer dans un temps donné une plus forte quantité de minerais ; mais, au bout de quelques mois, la capacité intérieure est trop grande, la température s'abaisse notablement; on ne peut plus fondre qu'une quantité de matières de moins en moins grande, et la consommation de combustible augmente de plus en plus jusqu'à la mise hors feu.

Je n'ai pu me procurer des renseignements certains sur les consommations et sur les frais spéciaux et divers ; on doit brûler une proportion de coke très-forte ; d'abord le coke est le principal réductif, il agit soit par lui-même, soit par l'oxyde de carbone ; ensuite on est obligé de ménager la température pour ne pas réduire la totalité de l'oxyde de fer, et, par conséquent, on ne peut fondre en viugt-quatre heures que deux ou tout au plus trois tonnes de minerais, et on n'utilise que très-imparfaitement la chaleur produite par la combustion. Dans la fonte par matte des minerais sulfurés, on cherche à utiliser autant que possible la chaleur produite, le combustible n'agit que très-peu comme réductif; on consomme infiniment moins de coke que dans le traitement des minerais carbonates.

D'après les notes prises au cours de métallurgie de M. Leplay, à l'Ecole des mines, la consommation du coke à Chessy dépasse 80 pour'lOOdu poids du minerai fondu.

Réactions Je vais maintenant exposer les réactions chimiques principales, et les comparer à celles qui ont lieu dans les réverbères.

Le lit de fusion du four à manche renferme : des oxydes de cuivre libres ou combinés seulement avec l'eau et l'acide carbonique ; de l'oxyde de fer, des matières terreuses, argile, quartz et chaux, associées dans des

chimique».

proportions telles qu'elles puissent former des silicates fusibles par la combinaison de la silice avec l'alumine et la chaux; des silicates contenant comme bases l'oxyde de fer et les oxydes du cuivre ; enfin, les scories fusibles, qui sont des silicates d'alumine, de chaux et de protoxyde de fer, renfermant quelques grenailles et une faible proportion d'oxydule de cuivre.

Ces matières ne sont qu'imparfaitement mélangées ; elles sont chargées et descendent dans le four parallèlement au coke; ce dernier pénètre jusque dans le creuset et forme, au-dess*u5 de la poitrine, une séparation poreuse entre l'intérieur du four etl'avant-creuset.

La séparation du combustible et du lit de fusion n'est pas nette dans le haut du four, comme je l'ai déjà fait observer, et ces matières doivent se mélanger en partie à mesure qu'elles descendent vers la tuyère ; les scories qui se réunissent dans le creuset ne peuvent passer clans l'avant-creuset et couler à l'extérieur qu'en filtrant à travers une certaine épaisseur de coke incandescent, formant pour ainsi dire le prolongement de la poitrine jusqu'au cuivre noir rassemblé au fond du creuset. Le contact des matières avec le combustible doit, par conséquent, avoir une très-grande action, puisqu'il devient plus intime, à mesure que les matières du lit de fusion sont exposées à une température plus élevée; cette action doit être surtout très-grande dans le creuset, dans lequel la scorie produite est en contact parfaitement intime avec le coke.

On voit déjà qu'il y a une grande différence entre le four à manche et le réverbère ; dans le premier, le charbon ou le coke agit, par contact , plus énergiquement à mesure que les matières approchent du terme de l'opération; dans le second, le combustible solide n'a plus qu'une action pour ainsi dire insignifiante à