Extraction du cuivre
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La source la plus commune de minerai de cuivre est la chalcopyrite (CuFeS2) qui représente plus de 50% de la production.
Pour des raisons environnementales et économiques, de nombreux sous-produits sont récupérés. Le gaz dioxyde de soufre par exemple est transformé en acide sulfurique qui est lui même utilisé dans le processus d'extraction.
Dans une large mesure, les oxydes de cuivre et les Sulfures sont naturellement séparés dans la nature. Aussi il n'est généralement pas nécessaire de séparer les oxydes et les Sulfures dans le minerai.
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[modifier] Formation du minerai primaire
Les minerais de cuivre se forment quand les solutions géothermales, riches en métaux dissous, remontent à la surface, et en s'amalgamant avec d'autre métaux, précipitent en se déposant en veine à travers la roche. Le cuivre se dépose en Sulfure de cuivre ou même en métal. Au cours de milliers d'années, l'air ou l'eau finit par pénétrer et oxyder le minéral.
Les minéraux de cuivre les plus communs en zone hydrothermale sont :
- Bornite Cu5FeS4
- Chalcopyrite CuFeS2
[modifier] Oxydation
Les Sulfure de cuivre peuvent être oxydés. Par des solutions acides, le soufre et le fer sont remplacé par des carbonates et hydroxydes. Les Fe peuvent être éliminés, suivant les types de minerais, sous forme de sulfate de fer soluble ou encore sous forme de goethite, limonite…).
Les plus courant minéraux de cuivres obtenus sont :
- Atacamite Cu2Cl(OH)3
- Azurite Cu3(CO3)2(OH)2
- Cuprite Cu2O
- Chrysocolla CuSiO3(H2O)2
- Malachite Cu2CO3(OH)2
- Cuivre Cu
- Ténorite CuO
[modifier] Enrichissement
Certains minéraux peuvent ensuite précipiter à cause des eaux hydrothermales et donner des:
- Chalcocite Cu2S
- Covellite CuS
[modifier] Exploitation
[modifier] Mines
Dans la préhistoire, les mines étaient à ciel ouvert, la prospection restait donc simple. L'âge du cuivre est la première évolution d'outils en métal, dans une période parfois différenciée sous le nom de chalcolithique. Il ne s'agit au départ que de cuivre utilisé à l'état natif, simplement martelé pour lui donner une forme : à ce stade, on l'utilise plus comme une pierre malléable que comme un métal. La teneur en cuivre des gisements était de l'ordre de 90%. Il n'y avait aucune extraction et le cuivre était mis à forme dans son état natif.
Des gisements de minerai de cuivre ont été découvertes, il y a 4 700 ans, dans le Sinaï par les Égyptiens, lors d'une expédition du pharaon Smerkhet.
Aujourd'hui les sources de cuivre sont plus discrètes et difficiles à trouver. Des gisements de chalcopyrite sont exploités intensivement au Canada, Zambie, au Katanga en République démocratique du Congo, Kazakhstan, Mauritanie, Pologne, et aux États-Unis, dans les états d'Arizona, du Montana, du Nouveau-Mexique, et Utah. Une des plus grandes mines du monde se trouve à Chuquicamata, dans le désert de l'Atacama au Chili. La malachite (une pierre verte opaque) est exploitée dans la région de Lubumbashi dans l'Est du Congo. A l'heure actuelle, la teneur en cuivre des gisements riches est de l'ordre de 4%. La plus grande mine de cuivre à ciel ouvert du monde est située sur l'île de Bougainville; elle est fermée depuis 1989 suite à des sabotages effectués par l'Armée révolutionnaire de Bougainville.
[modifier] Extraction hydrométallurgique
- La voie hydrométallurgique pour l'extraction du cuivre est de plus en plus privilégiée en raison de
- son coût énergétique moindre
- des frais d'investissements faibles
- la possibilité de traiter les minerais in situ (cas de la lixiviation en tas)
- la mise en continu des procédés d'extraction
- La plupart des minerais de cuivre extraits aujourd'hui sont des sulfures de métal telle que la chalcopyrite. Il est possible de dissoudre dans l'eau ces sulfures par plusieurs voies.
- Une première solution consiste simplement à libérer les ions Cu2+ en arrosant un tas de de minerai par de l'acide sulfurique. Ce procédé s'applique néanmoins principalement aux minerais oxydés. Les minerais sulfurés peuvent être grillés (oxydés) et entrer dans ce processus de fabrication.
- La seconde solution a pour but d'oxyder les minerais sulfurés par lixiviation bactérienne (Thiobacillus ferrooxidans) dans un environnement fortement oxydant (acide sulfurique). Le mode fonctionnement est de type catalytique. L'oxydation de cuivre en ion cuivrique est accélérée par les bactéries. Ces dernières se nourrissent de dioxyde de carbone et ont la particularité de pouvoir vivre dans un environnement très hostile. Pour la lixiviation bactérienne, des phases alternées de lavage (à l'eau) de repos et d'arrosage (à l'acide) sont nécessaires afin de maintenir l'activité des bactéries. On notera enfin que ces bactéries sont présentes naturellement dans le tas et il n'est pas nécessaire des les cultiver pour les introduire.
[modifier] Extraction pyrométallurgique
Le chauffage dans divers fours tels que le haut fourneau, le four à arc électrique ou le four à réverbères permet de réduire le cuivre, qui peut être ensuite purifié par électrolyse de raffinage.
