Les techniques de raffinage utilisées par les producteurs de cuivre dépendent du type de minerai, ainsi que d'autres facteurs économiques et environnementaux. Actuellement, environ 80% de la production mondiale de cuivre est extraite de sources de sulfures.
Quel que soit le type de minerai, le minerai de cuivre extrait doit d'abord être concentré pour éliminer les gangues, matériaux indésirables incorporés dans le minerai.
La première étape de ce processus est le broyage et la pulvérisation du minerai dans un broyeur à billes ou à barres.
Minerais sulfurés
Pratiquement tous les minerais de cuivre de type sulfure, y compris la chalcocite (Cu 2 S), la chalcopyrite (CuFeS 2 ) et la covellite (CuS), sont traités par fusion.
Après broyage du minerai en une poudre fine, il est ensuite concentré par flottation par mousse, ce qui nécessite de mélanger le minerai en poudre avec des réactifs qui se combinent avec le cuivre pour le rendre hydrophobe. Le mélange est ensuite baigné dans l'eau avec un agent moussant qui favorise la formation de mousse.
Des jets d'air sont projetés à travers l'eau en formant des bulles qui font flotter les particules de cuivre hydrofuges à la surface. La mousse, qui contient environ 30% de cuivre, 27% de fer et 33% de soufre, est écumée et prise pour la torréfaction.
Si des impuretés moindres, qui peuvent être présentes dans le minerai, peuvent être utilisées, ce molybdène , le plomb , l'or et l' argent peuvent également être traités et éliminés à ce moment par flottation sélective.
À des températures comprises entre 500 et 700 ° C (932-1292 ° F), une grande partie de la teneur en soufre restante est brûlée sous forme de gaz sulfuré, ce qui donne un mélange calciné d'oxydes et de sulfures de cuivre.
Les flux sont ajoutés à la calcine de cuivre, qui est maintenant pur à environ 60 pour cent, avant d'être à nouveau chauffée, cette fois à 2192 ° F (1200C ° C).
A cette température, les flux de silice et de calcaire se combinent avec des composés indésirables, tels que l'oxyde ferreux, et les amènent à la surface pour être éliminés sous forme de laitier. Le mélange restant est un sulfure de cuivre fondu appelé "matte".
L'étape suivante dans le processus d'affinage consiste à oxyder la matte liquide afin d'éliminer le fer et, encore une fois, à brûler la teneur en sulfure sous forme de dioxyde de soufre. Le résultat est de 97 à 99% de cuivre blister. Le terme «cuivre blister» provient des bulles produites par le dioxyde de soufre sur la surface du cuivre.
Afin de produire des cathodes de cuivre de qualité marchande, le cuivre blister doit d'abord être coulé dans des anodes et traité électrolytiquement. Immergé dans un réservoir de sulfate de cuivre et d'acide sulfurique, avec une feuille de départ de cathode de cuivre pur, le cuivre blister devient l'anode dans une cellule galvanique. Des ébauches de cathodes en acier inoxydable sont également utilisées dans certaines raffineries, comme la mine Kennecott Copper de Rio Tinto, dans l'Utah.
Lorsqu'un courant est introduit, les ions de cuivre commencent à migrer vers la cathode, ou feuille de départ, formant des cathodes de cuivre pur à 99,9-99,99%.
Traitement de minerai d'oxyde et SX / EW
Après broyage des minerais de cuivre de type oxyde, tels que l'azurite (2CuCO 3 · Cu (OH) 3), la brochantite (CuSO 4 ), la chrysocolle (CuSiO 3 · 2H 2 O) et la cuprite (Cu2O), l'acide sulfurique dilué la surface du matériau sur des lixiviats ou dans des cuves de lixiviation.
Lorsque l'acide coule à travers le minerai, il se combine avec le cuivre, produisant une solution de sulfate de cuivre faible.
La solution de lixiviation dite «enceinte» (ou liqueur gravide) est ensuite traitée par un procédé hydrométallurgique connu sous le nom d'extraction par solvant et électro-gagnant (ou SX-EW).
L'extraction par solvant consiste à extraire le cuivre de la liqueur enceinte à l'aide d'un solvant organique ou d'un agent d'extraction. Au cours de cette réaction, les ions de cuivre sont échangés contre des ions hydrogène, ce qui permet de récupérer la solution acide et de la réutiliser dans le processus de lixiviation.
La solution aqueuse riche en cuivre est ensuite transférée dans un réservoir électrolytique où la partie électro-gagnante du processus se produit. Sous l'effet d'une charge électrique, les ions de cuivre migrent de la solution vers des cathodes de départ en cuivre qui sont fabriquées à partir d'une feuille de cuivre de haute pureté.
D'autres éléments qui peuvent être présents dans la solution, tels que l'or, l'argent, le platine , le sélénium et le tellure , se rassemblent dans le fond du réservoir sous forme de «boues» et peuvent être récupérés par un traitement ultérieur.
Les cathodes de cuivre électro-gagnées sont d'une pureté égale ou supérieure à celles produites par les fonderies traditionnelles, mais ne nécessitent qu'un quart à un tiers de la quantité d'énergie par unité de production.
Le développement de SX-EW a permis l'extraction du cuivre dans les zones où l'acide sulfurique n'est pas disponible ou ne peut être produit à partir du soufre dans le minerai de cuivre, ainsi que des minéraux sulfurés oxydés par l'air ou par lessivage bactérien. les déchets qui auraient déjà été éliminés sans traitement.
En variante, le cuivre peut être précipité hors de la solution gravide par scellement à l'aide de ferraille. Cependant, ceci produit un cuivre moins pur que SX-EW et, ainsi, est moins souvent employé.
Lixiviation in-situ (ISL)
La lixiviation in situ a également été utilisée pour récupérer le cuivre des zones appropriées de gisements de minerai.
Ce processus consiste à forer des trous de forage et à pomper une solution de lixiviat - habituellement de l'acide sulfurique ou chlorhydrique - dans le corps minéralisé. Le lixiviat dissout les minéraux de cuivre avant de les récupérer par un second forage. Un raffinage supplémentaire en utilisant SX-EW ou une précipitation chimique produit des cathodes de cuivre commercialisables.
La LIS est souvent réalisée sur du minerai de cuivre à faible teneur dans des mines remblayées (également connues sous le nom de lixiviation de chantier ) dans des zones creusées de mines souterraines.
Les minerais de cuivre les plus sensibles aux ISL comprennent les carbonates de cuivre malachite et azurite, ainsi que la ténorite et la chrysocolle.
Selon les estimations du US Geological Survey, la production minière de cuivre à l'échelle mondiale a atteint 16,1 millions de tonnes métriques en 2011. La principale source de cuivre est le Chili, qui produit environ le tiers de l'offre mondiale. Les autres grands producteurs comprennent les États-Unis, la Chine et le Pérou.
En raison de la valeur élevée du cuivre pur, une grande partie de la production de cuivre provient maintenant de sources recyclées. Aux États-Unis, le cuivre recyclé représente environ 32% de l'approvisionnement annuel. Globalement, ce nombre est estimé à plus de 20%.
Le plus gros producteur mondial de cuivre est l'entreprise d'État chilienne Codelco. Codelco a produit 1,76 million de tonnes métriques de cuivre affiné en 2010, soit environ 11% de la production mondiale totale. Les autres grands producteurs comprennent Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. et Xstrata Plc .
Sources
Schoolscience.co.uk. Cuivre - Un élément vital. Exploitation du cuivre.
URL: http://resources.schoolscience.co.uk/cda/14-16/cumining/copch2pg2.html
Wikipédia. Techniques d'extraction du cuivre.
URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_extraction
Copper Development Association. Production.
URL: https://www.copper.org/education/copper-production/