État naturel. — L’emploi du cuivre et de ses alliages a

précédé celui des autres métaux et leur usage marque dans la civilisation des peuples un âge que l’on uommeV âge de bronze. L’existence du cuivre natif dans la nature explique cette circonstance. Les Grecs le nommaient dans la Vulgate, il est nommé

æs (airain), mais ces noms se rapportent non au cuivre, mais à ses alliages, le laiton et le bronze. Le cuivre pur, retiré surtout de l’île de Chypre, a été désigné plus tard sous le nom de cyprium^ d’où celui cuprum et de cuivre.

Le cuivre natif est, ou disséminé dans des sables en petits octaèdres réguliers, ou en blocs considérables comme sur les bords

du lac Supérieur, aux Etats-Unis. Il est presque toujours argentifère et renferme souvent du bismuth, du plomb, etc. Le cuivre se rencontre aussi à l’état d’oxydule Cu^O [cuprite)^ d’oxyde ou de carbonate basique (azurite, malachite), de silicate. Mais ses minerais les plus abondants sont des sulfures plus ou moins complexes ; les principaux d’entre eux sont la chalkosine Cu^S, le cuivre bleu ou breithduptite CuS, la chalcopyrite ou pyrite cuivreuse CuFeS^ le cuivre panaché o\i phillipsite Cu^FeS^, \q cuivre gris ou panabase 4Cu^S. Sb^S^ avec plus ou moins d’arsenic.

961. Métallurgie du cuivre. — Les opérations métallurgiques varient beaucoup avec la nature du minerai, et sont assez compliquées lorsque l’on a à traiter les minerais sulfurés.

Minerais oxydés. — L’opération est très simple et s’effectue dans un four à réverbère. Elle consiste à fondre le minerai et à le réduire. On charge le minerai sur la sole du four avec des fondants, appropriés à la nature de la gangue, et de la houille sèche

CUIVRE

exemple de pyrites arsenicales. Le cuivre est réduit, en même temps qu’une partie du fer, qui achève de réduire Toxydule de cuivre encore contenu dans les scories. Les minerais les moins riches sont traités de préférence dans un four à manche. Le cuivre impur, ou cuivre noir, est ensuite soumis au rafrmage.

Minerais sulfurés. — Deux méthodes sont suivies pour le traitement de ces minerais suivant leur richesse et leur nature. L’une, applicable aux minerais schisteux, est la méthode continentale ou de Mansfeld; la seconde, la méthode galloise. Ces méthodes exigent des opérations successives dont nous allons indiquer le principe.

Les pyrites cuivreuses sont soumises à un grillage modéré qui a pour effet de brûler une partie du soufre et de l’arsenic, et de transformer une partie des métaux en sulfates et en oxydes qui restent mélangés aux matières terreuses et au minerai non oxydé. On fond ensuite le minerai grillé avec du charbon et un fondant siliceux. L’oxyde de cuivre est réduit par le charbon et le cuivre formé réagit sur le sulfure de fer restant ; l’oxyde de fer passe dans les scories très, fluides. Le sulfure fondu au-dessous de la scorie est appelé matte.'CQiio, première matte n’est autre chose que le minerai enrichi en sulfure de cuivre, débarrassé de sa gangue et piirifié de l’arsenic et de l’antimoine, que le grillage et la fusion ont éliminés presque complètement.

De nouveaux grillages de la matte, suivis d’une fusion avec du charbon et^ des matières siliceuses, conduisent de même à des mattes de plus en plus riches. Une dernière fusion de la matte grillée fournit un cuivre impur, le cuivre noir renfermant encore du fer et du soufre.

Toutes ces opérations s’expliquent par ce fait que le cuivre possède pour le soufre une affinité beaucoup plus grande que le fer et le plomb, de sorte que ces métaux sont peu à peu éliminés à l’état d’oxydes qui passent dans les scories. Ce n’est que lorsque cette élimination est à peu près complète que l’on procède au grillage complet du sulfure de cuivre, qui constitue la dernière matte. Pour obtenir la première matte, il faut, dans certains cas, ajouter de la pyrite de fer au minerai de cuivre, afin d’en assurer la formation et de permettre ainsi l’élimination de l’arsenic et de l’antimoine. Quant au cuivre noir qui se forme par la fusion de la dernière matte grillée, il résulte en partie de l’action de

MÉTALLURGIE DU CUIVRE

l’oxydule de cuivre formé par le grillage sur le sulfure non oxydé :

2Cu20 + Cu2S = 6Gu + S02.

Méthode continentale. — Le grillage du minerai s’effectue en tas ou en meules, à l’air libre. Les meules sont établies sur un lit de menu bois, en commençant par les morceaux de minerai les plus volumineux; le minerai pulvérulent est tassé sur les parois de la meule, dans laquelle on a ménagé des canaux et des cheminées. La meule prête, on met le feu au lit de bois. La nature du minerai, qui est un schiste bitumineux, dispense d’y mélanger du combustible. La durée du grillage est de deux à trois mois et les meules comportent jusqu’à 200 tonnes de minerai.

Le minerai grillé est fondu dans un four à manche G (fig. 200) à tuyère, avec du charbon et un fondant, auquel on ajoute les scories cuprifères du cuivre noir. La matière fondue s’écoule dans le creuset G où les scories occupent la partie supérieure et se déversent par un trop-plein, tandis que la matte fondue peut être écoulée par un trou de coulée dans un réservoir d’eau où elle se grenaille.

Le grillage de la matte s’effectue dans des cases en maçonnerie de 9“,50 de côté sur 3 mètres de profondeur ou sur la sole concave d’un four à réverbère à voûte plane.

Pour produire le cuivre noir, la matte grillée est fondue dans un four à manche peu élevé avec des scories siliceuses; celles-ci prennent le reste du fer, ainsi qu’un peu de cuivre.

Le cuivre noir renferme 90 à 95 p. 100 de cuivre, avec de petites quantités de soufre, de fer, de plomb, de zinc et de nickel. Le soufre est facilement brûlé et les métaux étrangers convertis

CUIVRE

en oxydes, qu’on rend scorifiables par l’addition de sable qiiartzeux. Cet affinage s’effecliie dans un petit foyer formé par une coupelle ayant la forme d’un demi-ellipsoïde et alimenté par le vent d’une tuyère, de manière à faire fondre le métal dans une atmosphère oxydante. Une partie du cuivre est convertie en oxydule qui cède ensuite son oxygène aux métaux étrangers, dont les oxydes passent dans la scorie, et finalement au sulfure de cuivre existant encore dans le cuivre noir. On enlève les scories, puis on projette de l’eau sur le métal en fusion; il se forme une croûte solide de cuivre rosette qu’on enlève; de nouvelles aspersions d’eau amènent successivement la solidification de tout le métal. Le cuivre rosette, qui est en disques d’un beau rouge, renferme de l’oxyde et il a besoin d’être raffiné, cet oxyde le rendant cassant. Une nouvelle fusion au petit foyer, sous une couche

Fig. 201.

de charbon, réduit cet oxyde; mais comme il se forme du carbure de cuivre qui se dissout dans le métal, il y a un point spécial à atteindre, que l’ouvrier reconnaît par une prise d’essai qui doit se travailler sous le marteau sans se gercer. Ce raffinage, qui est activé par un brassage à l’aide d’une tige de bois vert, peut se faire directement sur la fonte de cuivre noir oxydé, sans qu’il soit nécessaire d’enlever le cuivre rosette.

Méthode galloise. — En Angleterre, le grillage du minerai s’effectue dans de grands tours à réverbère (fig. 201) où il est introduit par des trémies T et étalé uniformément à l’aide de râbles

MÉTALLURGIE DU CUIVRE

en fer, avec lesquels on renouvelle ensuite de temps à autre les surfaces. Après douze heures, on donne un coup de feu pour détruire les sulfates formés à basse température.

La fonte pour matte s’effectue dans un autre four à réverbère, de forme ellipsoïdale et à sole inclinée vers le trou de coulée. On y fond le minerai grillé, mélangé d’une quantité convenable de cuivre oxydé ou carbonaté et de fluorure de calcium comme fondant. La fonte doit être poussée assez vivement; la scorie fusible est enlevée à l’aide du râble, et la matte fondue conduite dans un bassin rempli d’eau pour la grenailler.

Cette première matte, dite matte bronze^ est de nouveau g’rillée au four à réverbère, dans un léger excès d’air pour volatiliser le reste de l’arsenic et de l’antimoine. La fusion du produit grillé avec des minerais oxydés et les scories d’opérations antérieures fournit la matte blanche^ qui renferme encore 21 à 22 p. 100 de soufre et un peu de sulfure de fer. On l’amène ensuite, toujours dans des fours à réverbère, à l’état de cuivre noir qu’on affine comme dans la méthode continentale.

962. Cuivre de cément. — On donne ce nom au cuivre précipité de ses solutions par le fer. Ce procédé permet de retirer du cuivre pur de minerais très pauvres. Si l’on a affaire à un minerai oxydé, on le fait digérer avec de l’acide chlorhydrique faible pendant dix jours, et on obtient ainsi une solution de chlorure cuivrique, le chlorure cuivreux se transformant en chlorure cuivrique au contact de l’air et de l’acide en excès. Si le minerai est sulfuré, on le soumet à un grillage lent en tas, qui transforme une partie du cuivre en matte et une autre partie en sulfate qu’on enlève par lessivage; ou bien on effectue le grillage complet dans un fourneau à cuve, puis l’on soumet le minerai grillé et broyé à l’action combinée de l’acide sulfureux (fourni par le grillage), de l’air et de la vapeur d’eau. Les oxydes se convertissent ainsi en sulfates qu’on enlève par un lessivage méthodique.

Les solutions de sels de cuivre, suffisamment concentrées et chaudes, sont amenées dans des caisses contenant des fragments de fer ou de fonte; après vingt-quatre heures, la précipitation du cuivre est complète. C’est par ce procédé qu’on traite les eaux qui s’écoulent des mines de cuivre de Rammelsberg, de Fablun, de Rio-Tinto, et qui renferment du sulfate de cuivre.

Le cuivre précipité est ensuite fondu et raffiné.

CUIVRE

Les minerais de cuivre sont souvent argentifères, et nous verrons, en traitant de la métallurgie de l’argent, quel traitement on fait subir au cuivre ou au minerai lui-même pour en extraire ce métal. Ils contiennent aussi quelquefois do l’or.

Cuivre pur. — Le cuivre industriel renferme généralement des traces de métaux étrangers, ainsi que de soufre, d’arsenic et d’oxygène. Pour l’obtenir chimiquement pur, il faut réduire le sulfate de cuivre pur par le fer pur, laver le précipité et le fondre dans un creuset sous une couche de borax. On peut encore réduire l’oxyde de cuivre pur par un courant d’hydrogène pur. Enfin, on obtient du cuivre pur en soumettant le sulfate de cuivre, débarrassé de tous les sels étrangers, à l’électrolyse en employant des électrodes de platine.

963. Propriétés du cuivre. — Propriétés physiques. — Le cuivre cristallise en octaèdres ou autres formes du svstème eu-

bique, et on peut l’obtenir ainsi par électrolyse. C’est la forme du cuivre natif cristallisé, et il n’est pas rare d’en rencontrer des cristaux au cours des opérations métallurgiques.

Le cuivre est un métal rouge, brillant, laissant passer, quand il est en feuilles très minces, une lumière verte; frotté, il contracte une odeur désagréable. La densité du cuivre fondu est de 8,91 et s’élève à 8,9S par le laminage.

Le cuivre est un des métaux les plus ductiles et les plus malléables; c’est en outre, après le fer, le plus tenace, aussi peut-on l’étirer en fils d’une grande ténuité. La présence de métaux étrangers, du soufre, de l’arsenic, de l’oxygène, affaiblit ces propriétés et rend le cuivre cassant. Sa cassure est alors grenue au lieu d’être fibreuse.

Le cuivre fond vers 1200° (à 1330°, d’après M. V. Riemsdyk) ; fondu, il a un éclat d’un bleu verdâtre. Il est cassant un peu audessous de son point de fusion et peut être pulvérisé. Il se dilate en se solidifiant. Il est très bon conducteur de la chaleur et de l’électricité, aussi l’emploie-t-on pour la confection d’alambics, de chaudières d’évaporation, etc., ainsi que comme conducteur pour les courants électriques. Il offre six fois moins de résistance au courant que le fer, et ce n’est que par des raisons d’économie qu’on lui substitue ce dernier métal pour les fils télégraphiques.

Il se volatilise à une température élevée et sa vapeur brûle avec une llamme verte.