Cours 5 Copper

Rezki AKKAL

Grillage

Pyrométallurgiedu cuivreComportementdes ComposésMatteScories

Conversion

Elaboration du cuivre

Le cuivreCuivre, le métal rouge, à l’exception de l’or l’seulélément métallique avec une couleur différente d’unton gris, est connue depuis le premiers jours de larace humaine. Il a toujours l’un des matériauximportants, et aujourd’hui il est le plus fréquemmentutilisé lourds non ferreux métal. L’utilité de cuivrepur est en fonction de ses propriétés physiques etchimiques, par-dessus tout, la conductivité électriqueet thermique (dépassé seulement par l’argent), sonexceptionnelle et la ductilité ainsi une excellenteaptitude au façonnage, et sa résistance à la corrosion(un comportement chimique ce qui en fait un métaldemi-noble).

Minerai du cuivrePlus de 200 minéraux contiennent du cuivre enquantités définissables, mais seulement environ 20sont d’une importance que les minerais contenant ducuivre (tableau suivant).

Le cuivre est un élément typique chalcophiles ; parconséquent, ses principaux minéraux sont dessulfures, principalement de chalcopyrite, bornite,chalcocite et, souvent accompagnés par de la pyrite,galène ou sphalérite.

Rezki AKKAL (Ecole Nationale Polytechnique) 25 octobre 2014 1 / 20

Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

Elaboration du cuivre

Le cuivreD’autres éléments métalliques fréquemment trouvésdans les minerais de cuivre sont le fer, le plomb, lezinc, l’antimoine, et l’arsenic.Les métaux les moins courants sont le sélénium, letellure, le bismuth, l’argent et l’or. Enrichissementsimportants se produisent parfois dans les mineraiscomplexes. Par exemple, les minerais de Sudbury, enOntario, au Canada contiennent du nickel et ducuivre dans à peu près les mêmes concentrations,ainsi que des quantités considérables de métaux deplatine.


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

Gisements du minerai de cuivre

Le cuivreGéologiquement, les principales régions de gisementsde minerai de cuivre se trouvent dans deuxformations : les boucliers précambriens et lesmontagnes et les archipels de pliage tertiaires. Il yade grands pays producteurs sur tous les continents :


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion


ProductionEnviron 80% du cuivre primaire dans le monde provient de bas grade ou pauvressulfure minerais, qui sont habituellement traités par des méthodes depyrométallurgie, généralement dans l’ordre suivant :

I Enrichissement par flottation à la mousse pour obtenir un concentré

I Grillage partiel facultatif à obtenir du matériel oxydé ou de calcination

I Traitement pyrométallurgique en deux étapes

fusion de concentrés pour donner une mattela conversion par oxydation de la matte afind’obtenir le cuivre brut (convertisseur ou blister

I Affiner le cuivre brut, généralement en deux étapes

un process pyrométallurgique pour libérer lecuivre pour raffiné.électrolytique : afin de purifier le cuivreélectrolytique


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion


ProductionEnviron 15% du cuivre primaire provient de minerais à faible teneur oxydé (oxyde) ou mixte (sulfurésoxydé et). De tels matériaux -sont généralement traités par des procédés hydrométallurgiques. Les trèsrares riches minerais de cuivre de haute qualité ou encore disponibles peuvent être traitées par fusion dansun four traditionnel de l’arbre. Ce procédé est également utilisé pour la récupération de cuivre à partir dematières secondaires, tels que des produits intermédiaires chutes et les déchets.La figure suivante, illustre les opérations les plus importantes de l’extraction de cuivre à partir de diversminerais de cuivre.


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

Gisements du minerai de cuivreValorisationLa plupart des minerais de sulfure de cuivre doivent être enrichisés pour augmenter la teneur en métal. Laflottation par moussage, qui est habituellement effectuée en deux étapes successives : la première est laflottation en vrac ou collective pour concentrer tous les minéraux contenant du métal, et la deuxième, sinécessaire, est flottation sélective pour séparer les divers minéraux.La première opération est le broyage de minerais en morceaux de pâte dans une des étapes suivantes :La figure suivante, montre la réduction de la masse totale de l’enrichissement simultanée de la teneur encuivre dans les étapes à partir de minerai de métal.


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

Gisements du minerai de cuivreValorisationI Le Concassage dans des concasseurs à mâchoire, giratoire et à cône

I Séparation par des tamis vibrants

I Broyage humide en utilisant des broyeurs à barres, à billes et récément des broyeurs autogène

I La classification dans les classificateurs et hydrocyclone

La séparation de la pulpe d’alimentation en sulfures de métaux et de gangue ou dans différents groupes sulfure est effectuée parflottation par moussage en utilisant des agents moussants, des collecteurs, des activateurs, depressers, et réactifs pour contrôlerle pH (par exemple, de la chaux). Dans les cas simples, les cellules de flottation sont combinées en trois groupes de troisfonctions distinctes :

I Dégrossissage pour le tri en pré-concentré et résidus

I Flottation de nettoyage pour post-traitement de pré-concentré

I Scavenger flottation pour le traitement post des résidus de la première étape

La Figure suivante, illustre la relation entre ces trois opérations, en omettant les étapes de broyage intermédiaires.


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

METALLURGIE EXTRACTIVE

1 Grillage

2 Pyrométallurgie du cuivreComportement des ComposésMatteScories

3 Conversion


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion


ValorisationLe grillage est utilisé pour préparer des concentrés de sulfure pour l’utilisationultérieur en pyrométallurgique ou hydrométallurgique . Pour le traitementpyrométallurgique, l’objet du grillage est de diminuer la teneur en soufre à un niveauoptimal pour la fusion de matte de cuivre. Dans de nombreux procédés modernes,cependant, le grillage est associé à l’affinage de matte. Pour l’extractionhydrométallurgique, le grillage forme des composés qui peuvent être lixivié.Le processus du grillage, produisant des calcines, a plusieurs effets :

I Le séchage des concentrés

I Oxydation d’une partie du fer présent

I Contrôle de la teneur en soufreI l’élimination partielle des impuretés volatiles, en particulier arsenic

I Préchauffage de la charge calcinée avec des flux ajoutés, principalement de lasilice et de calcaire


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion


Réactions chimiquesQuand les concentrés humides, qui contiennent de nombreux éléments d’impuretésont chauffés, une multitude de réactions chimiques se produisent. Parce quel’analyse des nombreux équilibres thermodynamiques n’est pas pratique, quelquessystèmes fondamentaux sont généralement choisis.Dans un premier temps, les sulfures tels que la pyrite et de la chalcopyrite sedécomposent et génèrent des vapeurs de soufre, qui réagit avec l’oxygène pourformer du dioxyde de soufre :FeS2 → FeS + S(g)2CuFeS2 → Cu2S + 2FeS + S(g)S(g) + 02 (g) → SO2(g)

Les principales réactions, c’est à dire, la formation de métal (M) = oxydes, letrioxyde de soufre, et les sulfates de métaux, qui des réactions exothermiques.MS+ 1.5 O2 → MO + SO2SO2 + 0.5 O2 → SO3MO + SO3 → MSO4


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion


1 Grillage


3 Conversion


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

Pyrométallurgie du cuivre

Procédure pyrométallurgiqueLa fusion de concentrés de minerai de sulfure non grillés ou partiellement grilléesproduit deux phases fondu non miscibles :

I une phase de sulfure lourd contenant plus de cuivre, la matte

I une phase d’oxyde, le laitier ou scorie.


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

Comportement des Composés

Procédure pyrométallurgiqueL’équilibre de fusion de matte plus se fait entre les oxydes de cuivre et les sulfures defer.Cu2O + FeS Cu2S + FeOFer (II) réagit avec l’oxyde de flux de silice ajoutée pour former la fayalite, un silicatede fer qui est le composant principal du laitier :2 FeO + SiO2 → Fe2SiO4Sulfure de fer liquide réduit les oxydes de fer plus élevés en fer oxyde(II) :3 F2O3 + FeS → 7FeO + SO2(g) 3Fe3O4 + FeS → 10FeO + SO2(g)

La seconde réaction sert à extraire la magnétite, ce qui complique les opérations defour en raison de son point de fusion élevé (1590řC)La production pyrométallurgique du cuivre à partir de concentrés de minerai desulfure peut être considéré comme une séparation grossière des trois élémentsprincipaux :

I le cuivre brut et le fer (II)

I les silicate dans les scoriesI Les dioxides de soufres


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

MatteProcédure pyrométallurgiqueLa figure 8.6 montre la composition pyrométallurgiques des mattes de cuivre etl’écart de phase liquide de miscibilité entre la matte et la phase métallique. A l’étatliquide, la matte de cuivre est essentiellement un mélange homogène de des sulfurescuivre (I) et fer (II) : le système pseudobinaires Cu2S−Fes.


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

MatteProcédure pyrométallurgiqueLes compositions de plusieurs mattes sont présentés dans le diagram partielCu2S-FeS -(Fe3O4 + FeO) comme le montre la figure suivante :


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

ScoriesProcédure pyrométallurgiqueScories provenant de la fusion de matte de cuivre contiennent

I 30-40% de fer sous forme d’oxydes

I environ le même pourcentage de silice (SiO2), principalement en fer silicate(II)

Ces scories peuvent être considérés comme des oxydes complexes dans le systèmeCaO-FeO-SiOz ou, en raison de la teneur relativement faible en CaO de la plupartdes scories, sont basé sur le diagram partiel de FeO−Fe2O3−SiO2 (Figuresuivante).Tableau suivant montre la composition générale de certains types de scories. Lespropriétés importantes de systèmes de scories de cuivre sont compilées dans.


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

ScoriesProcédure pyrométallurgiqueScories provenant de la fusion de matte de cuivre contiennent

I 30-40% de fer sous forme d’oxydes

I environ le même pourcentage de silice (SiO2), principalement en fer silicate(II)

Ces scories peuvent être considérés comme des oxydes complexes dans le systèmeCaO-FeO-SiOz ou, en raison de la teneur relativement faible en CaO de la plupartdes scories, sont basé sur le diagram partiel de FeO−Fe2O3−SiO2 (Figuresuivante).Tableau suivant montre la composition générale de certains types de scories. Lespropriétés importantes de systèmes de scories de cuivre sont compilées dans.

Les objectifs de l’affinage de matte est de réaliser une séparation rapide complet dematte et de laitier, les deux phases non miscibles, et une teneur en cuivre minimaledans le laitier. Les différentes propriétés de scories et mat affectent cette séparation :


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

ScoriesFlowsheet du cuivre

Concentré + flux

Séchage

FusionOxygène

Conversion Sulfures

Trait -Scorire

ScorieGaz-déchets

Acid sulfuriques

Affinage

Electro-Affinage

Cuivre (produit fini)


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion


1 Grillage


3 Conversion


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

ConversionConversionMatte produit par des procédés de fusion est traitée à l’état fondu par insufflation d’air ; cette étape deconcentration est connu comme la conversion. Sulfures de cuivre et de fer, les constituants principaux dumat, sont oxydés en un cuivre brut, laitier de silicate de fer et du dioxyde de soufre.Le conventionnel de conversion de la matte est un procédé discontinu qui donne dans

I la première étape un cuivre impur (I) sulfure contenant 75 à 80% de Cu, le métal que l’on appelleblanc,

I la deuxième étape du convertisseur, ou blister, une moyenne de 98 à 99% de cuivre Cu.

I Première étape.

Les réactions principales sont l’oxydation du fer (II) et lesulfure de décrassage de fer (II) par de l’oxyde de silice fluxsupplémentaire de :2 FeS + 3O2 → 2 FeO + 2SO22 FeO + SiO2 → Fe2SiO4

I Deuxième étape

Les résctions d’oxydations continueront2 Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 2Cu2O + Cu2S → 6Cu +SO2

Cu2S + O2 → 2Cu + SO2


Rezki AKKAL

Grillage


Conversion

Conversion

Conversion des scoriesLes scories provenant de la première étape sont (II) silicates de fer (40-50% Fe) avec une teneur enmagnétite élevé (15-30% Fe3O4). La teneur en cuivre initiale de 3-8% peut augmenter jusqu’à 15% à lafin de la réaction par formation de l’oxyde de cuivre (I), . Ce laitier peut être decopperisé en le renvoyantà l’unité de fusion ou par flottation par moussage.TempératureLa conversion est un processus fortement exothermique qui peut surchauffer lors de l’oxydation de mattesriches en fer. La température est environ 1200 ř C par l’ajout de flux, déchets de cuivre, de traitementhydrométallurgique précipite (par exemple, le cuivre de ciment), ou concentrés. Les effluents gazeux(5-8% en volume de SO2) sont transférés dans une usine d’acide sulfurique.


Cours 5 Copper

Documents

Transcript of Cours 5 Copper