Affinage (i

1. Fonte pour matte. — Le but du grillage préliminaire ou de l'addition du nitre fondu seront expliqués plus tard. Dans les deux cas, on élimine une partie du soufre à l'état d'acide sulfureux et sulfurique, et l'on oxyde une portion du fer en excès ; l'oxyde de fer ainsi produit est retenu dans la scorie à l'état de silicate ou de boro-silicate de fer, tandis que le cuivre, le fer et le soufre restants ainsi que l'antimoine, le zinc, etc. , en petites quantités, passent dans la matte.

2. Grillage de la matte. — Si on considère la matte comme un composé de sous-sulfure de cuivre et de sulfure de fer, le grillage en élimine "tout le soufre à l'état d'acide sulfureux ; le cuivre se convertit en protoxyde de cuivre, tandis que le fer se tranforme en sesquioxyde et en oxyde magnétique. Les grumeaux qui se produisent quelquefois sont provoqués par la fusion des sulfures ou parce que la matte est trop fine pour permettre une prompte fusibilité du sous-sulfure de cuivre. Si le grillage s'opère à une température trop basse, il y a tendance à la production de sulfate basique de cuivre. Or, ce sulfate ne se décompose que difficilement au degré élevé de température qu'on peut employer dans le grillage, sans attaquer le creuset. Quand la matte grillée renfermant du sulfate basique de cuivre est réduite plus tard en cuivre noir, il se forme

(I) Voir sur les essais de cuivre, Dûicription du procédé Anglais, ptr L. MoiBsenet Ann. des Mines, 4868, t. XiU, 5« série, pages 483 à SOS.

une quantité sensible de sous-sulfure de cuivre. S'il y a de la galène (sulfure de plomb) dans la matte, elle se convertit pendant le grillage en oxyde et en sulfate de plomb et dans la fonte ultérieure pour cuivre noir, elle se réduit avec séparation de plomb métallique qui s'allie au cuivre, avec formation de sulfure de plomb. Si la matte renferme des sulfures de zinc, d'étain ou d'antimoine, ceux-ci se convertisseutpar le grillage en oxydes. Dans la fusion ultérieure, une partie de ces oxydes et des autres oxydes métalliques qui peuvent s'y rencontrer, se réduisent et passent dans le cuivre. S'il y a de l'arsenic, une partie s'échappe à l'état d'acide arsénieux (As 0^), et une partie reste à l'état d'arseniate basique, qui se convertit en arseniure et passe en partie dans le cuivre.

3. Fonte pour cuivre noir. — La température doit être assez élevée pour réduire, à l'aide des flux, l'oxyde de cuivre en métal, et l'oxyde de fer en protoxyde dont le borax s'empare, pour le rejeter à l'état de scorie. Si on examine chimiquement le bouton de cuivre noir, on constate qu'il contient de petites quantités de fer et de soufre et peut-être aussi d'autres métaux. La scorie retient une petite quantité de cuivre, mais elle est quelquefois pure.

4. Affinage. — Cette opération se divise en deux périodes distinctes. Dans la première, le métal est fondu et maintenu dans cet état jusqu'à ce qu'il devienne clair et brillant; le soufre se dégage à l'état d'acide sulfureux, et l'oxygène de l'air oxyde les métaux étrangers qui apparaissent sous forme d'écume, mais il reste toujours des traces de ces métaux dans le cuivre. Dans la seconde période, par l'addition du flux blanc d'afiinage, une partie du cuivre s'oxyde et se dissout dans le cuivre métallique comme sous-oxyde, et il se produit du cuivre afliné (toughpitch), ou plus généralement du cuivre sec. La scorie retient cependant un peu d'oxyde de cuivre mêlé aux oxydes des métaux étrangers; mais la plus grande partie du cuivre se retrouve plus tard en fondant la scorie avec des agents réducteurs. Quand le cuivre est fondu avec du sel, ce dernier l'attaque en formant un composé rouge qui n'a pas encore été examiné chimiquement.

Proportions des fluXy etc.

Quantité de minerai prise pour essai :

Grammes. Poids d'essai

oonventioDnel.

Minerais au-dessous de 10 pour 100. . 25,^10 --- 100

— de 10 à 30 — 12,900 = »0

— au dessus de 30 — 6,480 = 25

Fonte pour matte. — Ordinairement les flux ne se pèsent pas, on les mesure grossièrement avec la louche; d'ailleurs, outre la perte de temps, le pesage est tout à fait inutile pour un bon essayeur Cependant, jusqu'à ce qu'on ait acquis un peu d'expérience, il est préférable de noter les poids. Dans la fonte pour matte, les proportions des différents flux doivent être calculées de façon à produire une scorie fusible avec la gangue et l'oxyde de fer résultant de l'oxydation des pyrites, etc., et à cç qu'elle se sépare facilement de la matte. 11 faut ensuite déterminer exactement les proportions de nitre, de soufre, etc. , nécessaires pour la formation d'une bonne matte. On peut admettre les proportions suivantes pour la scorie:

Grammes.

Borax 9,700 à 12,960

Verre .' 9,720 à 12,960

Chaux , 12,960 -

Spatii fluor. 12,960

Ces proportions constituent un mélange très-fusible, adopté pour beaucoup de minerais; on peut les varier de façon à produire la scorie nécessaire à tel ou tel minerai. 11 faut se rappeler que le borax est plus fusible que le verre, et que mélangés, ils déterminent une scorie vitreuse en agissant comme fondant pour la chaux, l'oxyde de ter, etc.; le spath-fluor augmente la fluidité et fait que la scorie se brise plus facilement à froid ; la chaux possède également cette propriété et agit à son tour comme fondant de la silice, du quartz, etc. Certains essayeurs ne mettent pas de verre. 11 est possible d'omettre

l'un de ces quatre ingrédients et de produire néanmoins une scorie fusible. Le borax seul suffit avec beaucoup de minerais, mais il n'y a pas de mélange qui remplisse mieux les conditions exigées, que celui qui a été proposé. On doit en employer de 40 grammes à 50 grammes, quantité suffisante pour que la matte soit bien couverte de scorie quand on la retire du creuset.

Pour iaformation d'une bonne matte, à la teneur de 50 pour 100 de cuivre environ, il faut d'abord considérer si le minerai est jaune (pyrite de cuivre), ou ^m (cuivre vitreux) (1).

Dans le minerai jaune avec ou sans pyrite de fer, etc., il y a plus de fer et de soufre qu'il n'en faut pour former la matte.

Dans le minerai gris y l'addition du fer et du soufre est indispensable pour produire une bonne matte ; on y supplée avantageusement en ajoutant de la pyrite de fer ou un mélange d'oxyde de fer et de soufre.

Tableau des proportions de fer et de soufre qui doivent être oxydées pour retirer du minerai jaune une bonne matte (tenant environ KO pour 100 de cuivre) :

Foi mule

Cuivre. Fer. Souftv.

ToUl

Pyrite cuivreose ou minerai de cuivre jaune. . , .

Matte

Gu'S+Fe^:^

Gu»S-hFeS

A être oxydé

FeS*

Soit une pyrite de cuivre pure devant donner une matte à la teneur de 50 pour 100 de cuivre, on voit, par le tableau ci-dessus,

(I) Le minerai jaune des Anglais correspond à notre pyrite ouifreuse^ ehalkopyriu, 0 j kupferkies des Allemands.

Le minerai gris est uQlfifi cuivre vitreux, ehatkotine, on kuhfergUmt des Allemands.

que l'on a à oxyder uoe quantité de fer et de soufre égale à un équivalent de pyrite cuivreuse. Ce résultat peut être atteint soit par un grillage complet, soit par une calcination partielle avec addition de nitre dans la fonte qui doit suivre, ou tout simplement par une fonte avec le nitre. On peut choisir entre ces trois moyens ; les essayeurs y ont recours, suivant la nature des minerais qu'ils ont à traiter.

La première et la seconde méthode exigent une grande expérience dans l'appréciation du temps nécessaire au grillage. La troisième est la plus rapide : 1 00 grammes de pyrite demandent environ 75 grammes de nitre pour donner une matte contenant à peu près la proportion exacte du cuivre ; il en faudra d'autant moins que les matières terreuses diminueront.

Voici, à cet égard, diverses expériences comparatives :

4. 12*', 955 de minerai jaune (pyrite de cuivre) des Cornouailles, tenant 31 ,42 pour 100 de cuivre avec une petite quantité de quartz, ont donné, fondus avec 9*' ,068 de nitre et 12*'*, 955 de chacun des flux borax, verre, spath fluor et chaux, une matte pesant 7*'',5i4, contenant d'après le calcul, 54,1 pour 100 de cuivre. La matte, bleue à l'extérieur, très-tendre, offrait une cassure semi-métallique d'un rouge brun. La scorie était d'un gris noir, opaque, semi-vitreuse, fragile et exempte de cuivre.

2. Un autre échantillon du même minerai, fondu avec les mêmes proportions de nitre et de flux que dans l'essai n"" 1 , donna une matte d'un caractère identique, pesant 7'',773,contenant, d'après le calcul, 52,36 pour 100 de cuivre. La scorie ressemblait à la première. La fusion avait duré 15 minutes.

100 parties du minerai employé^ contenant 31,42 pour 100 de cuivre, exigea t 70 pour 100 de nitre.

100 parties de pyrite cuivreuse pure, contenant 34,81 pour 100 de cuivre, • exigent 78,8 pour 100 de nitre.

La matte contenait un peu plus de 50 pour 1 00 de cuivre. La pyrite de fer (FeS^) est fréquemment associée, ou intimement mélangée à la pyrite de cuivre , et il est très-souvent nécessaire

d'en oxyder une portion, sinon la totalité. 10 gr. de pyrite de fer fondue avec les flux désignés plus haut, exigeront environ 1 8 gr. de nitre pour être oxydés et passer dans la scorie.

3. — 1 2*' ,955 de pyrite de fer des Comouailles, tenant 44,68 de fer et environ 2, 5 pour 100 de silice (quartz) , fondus avec 12'', 955 de chacun des 4 flux (de l'essai n* 1) et 25*'",9 1 0 de nitre, ont donné une scorie noire, fréquemment vitreuse, opaque et sans matte. L'expérience répétée eut les mêmes résultats.

4. — 12"',955 de la même pyrite, fondus avec les mêmes proportions de flux employés (essai nM) et dans les mêmes conditions, mais avec 21 "',699 de nitre, ont donné une scorie semblable et un bouton de matte pesant seulement O^'^ISO; il était fibreux, cristallin, couleur gris de fer foncé.

On voit par ces expériences que le nitre est plutôt en excès quand il dépasse deux fois le poids de la pyrite de fer et que 16"*,5 ne sont pas tout à fait suffisants pour 10 gr. de la même pyrite.

Les résultats précédents éclaireront Tessayeur sur la proportion de nitre à incorporer, mais en même temps il devra bien faire attention à la conduite du feu. La même quantité de nitre ajoutée à un minerai ne donnera à peu près le même poids de matte qu'autant que les conditions de la fusion seront les mêmes. La rapidité ou la lenteur de cette opération amènent de grandes différences : dans le premier cas, le nitre n'a pas le temps de produire toute son action, qui dans le second est complète. Avec des précautions convenables, la matte du même minerai ne différera que de quelques décigrammes.

Tableau des proportions de fer et de soufre à ajouter pour obtenir une bonne imatte avec les minerais de cuivre vitreux :

Formule

Goitre. Fer. Soufre.

Total

Miaerai de cuivre gris ou ▼itreux

Gu^

FeS

A ajouter

Malte

Gu*S-i-FeS

En fondant directement le cuivre vitreux avec le flux, on obtiendrait une matte trop fine et la scorie retiendrait du cuivre ; aussi, pour avoir une matte convenable avec cette sorte de minerai, il faut y ajouter du fer et du soufre à fétat de pyrite de fer (l'excès du soufre de la pyrite disparaît dans la fusion) ; on peut y substituer un mélange d'oxyde de fer et de soufre, ou du sulfure de fer. Pour une matte à la teneur de 50 pour 100 de cuivre, lOgr. de sous-sulfure de cuivre exigeront environ 6 gr. de sulfure de fer (FeS), environ 8 de pyrite de fer, ou 5 d'hématite et un excès de soufre. Il ne faut ajouter du soufre aux minerais que lorsque leurs gangues sont ferrugineuses.

Le minerai de cuivre panaché est généralement assez riche pour donner, par fusion directe avec les flux et sans addition de nitre ou de soufre, une bonne matte à la teneur de 50 à 60 pour 100 de cuivre.

Dans le mélange du nitre avec la pyrite de cuivre et du soufre avec les cuivres gris, quelques essayeurs ont l'habitude d'employer les fondanUs dans Tordre suivant :

Grammes.

i 4,665 de nilre.

\ 4,66^5 de nitre.

( i,566 de tartre.

Grammes

665 de nitre.

10 à 3,888 de tartre.

/ 4,665 de nitre.

I 3.H0 détartre.

(^ 1,555 de soufre.

4,665 de nitre.

3,110 de^ tartre.

^ 3,110 de soufre.

665 de nitre.

388 de tartre.

2,888 de soufre.

i 2*' ,955 (50 grains en poids conventionnel) déminerai sont fondus de la manière habituelle avec 4 gr. de nitre. Si la matte est trop grossière, il faut essayer 6, 8 et jusqu'à 15 grammes de nitre. D'un autre côté s'il y a trop de 4*' ,665, il faut ajouter un des mélanges n"" 2, 3, 4, 5, 6. Il est très-rare qu'on ait recours, dans l'ordre donné, à ces additions, parce que les essayeurs expérimentés sont généralement capables de déterminer de suite les proportions exactes. Il est évident que dans quelques-uns de ces mélanges les matières doivent réagir l'une sur l'autre, de même qu'on ne peut obtenir une véritable matte d'un minerai gris, si le fer n'y existe pas. Règle générale, il ne faut jamais ajouter de soufre aux minerais pyriteux.

Fonte pour cuivre noir. — Les réactifs, généralement employés dans cette partie du procédé, sont des mélanges de tartre et de nitre, en proportions telles que le tartre soit toujours en excès par rapporta la quantité nécessaire pour former du carbonate de potasse avec le nitre. Divers essayeurs ajoutent également une petite quantité de borax ; ceux-ci le remplacent par du verre ; ceux-là négligent les deux, et d'autres enfin ajoutent du sel. Dans le laboratoire métallurgique de Londres on a l'habitude d'employer du carbonate de soude avec du tartre ou du charbon de bois, ou mieux encore avec un mélange des deux. Les proportions varient nécessairement avec la quantité de minerai grillé, mais on peut se guider sur les compositions suivantes :

ESSAIS DES MINERAIS Tiô

Grammes.

Î^ Carbonate de soude 3,240 à 9,720 Tarlre 3,240 à 9,720 (l) Borax 1,296 k 1,944

Tartre 3,240 à 12,960

2 \ Nitre 0,648 à 3,240

Borax 1,296 à 1,944

Dans la fonte directe pour cuivre noir, comme dans les essais de carbonates, d'oxydes, de silicates, etc., il convient, si le minerai ne contient pas de chaux, d'oxyde de fer, etc., d'ajouter de l"', 296 à 3*',240 de Tune de ces substances, afin de rendre la scorie exempte de cuivre, surtout quand il y a de la silice. 11 faut éviter l'usage d'un excès de borax, car il tend à faire retenir du cuivre à la scorie.

Fonie de scories d'affinage ou de la fonte pour cuivre noir. — On peut les fondre avec 3*', 240 à 6*', 480 de tartre, ou moins de tartre avec addition de O^^SgS à 0" ,650 de charbon de bois; on peut aussi employer le mélange suivant :

Grammes.

Carbonate de soude environ 3,240

Tarlre 3,240 à 6,480

Charbon de bois 0,324 à 0,648

Classification des minerais et des produits cuivreux sous le rap^

port des essais.

I. Minerais, etc., tenant au-dessus de 30 pour 100 de cuivre, et qui peuvent être fondus directement pour cuivre noir, ou, après un grillage préalable, sans être fondus pour matte.

a. Cuivre natif, cuivre en pains, en lingots, etc., n'ayant besoin que

d*élre afflné.

b. Oxydes noirs et rouges, carbonates bleus et verts, silicates, oxychlo^

rures, devant être fondus pour cuivre noir et passer à l'affinage.

c. Divers sulfures comparativement purs, ou contenant de Tarsenicou

de l'antimoine, des matles riches, etc., qui demandent un grillage modéré, doux^ la fonte pour cuivre noir et l'alTmage.