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La métallurgie du cuivre

Dossier - Le cuivre, premier métal travaillé par l'homme
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Le cuivre, à la couleur si fascinante est l'un des métaux les plus connus, et le premier avec l'or travaillé par l'homme. Quelle est son histoire ? Quelles sont ses propriétes ? découvrir l'âge de bronze, les alliages, que fait-on avec le cuivre ?

  
DossiersLe cuivre, premier métal travaillé par l'homme
 

Après le traitement du minerai : tamisage, concassage, broyage, triage, enrichissement par flottation, décantation et séchage on obtient un concentré et on passe à la métallurgie proprement dite.

1 - Elaboration par passage au four à réverbère et dans le convertisseur ensuite soit coulée des anodes soit blisters.

La coulée des anodes est directe. La fabrication des blisters l'est moins : il y a un premier traitement à haute température : à l'état liquide en présence de fondants, on sépare les stériles plus légers des sels de cuivre plus lourds, pour obtenir la matte fortement chargée en soufre, contenant 40 à 60 % de cuivre. Le deuxième temps, à environ 1 300° dans un four rotatif, permet de séparer le cuivre des autres constituants. Cette opération aboutit à la production de blisters plaques contenant 98 à 99,5 % de cuivre. Le Japon et l'Allemagne Fédérale sont les principaux acheteurs de blisters.

Coulée

2 - L'affinage thermique pour les blisters n'est pratiquement plus utilisé aujourd'hui, il s'agit d'un grillage à feu oxydant pour que les impuretés s'évaporent. En fait aujourd'hui on utilise souvent directement les blisters comme anodes

3 - Affinage électrolytique pour les anodes.

Principe de l'affinage électrolytique du cuivre.

Les anodes contiennent déjà de 95 à 99,5 % de cuivre mais aussi d'autres métaux : fer, nickel, or, argent, ...

Les différents couples qui entrent en compte dans cette réaction sont au niveau du blister, et par ordre de forces décroissantes : Au++/Au ;  Ag+/Ag ; Cu++/Cu ; Ni++/Ni ;  Fe++/Fe.
- à l'anode : oxydation de  Fe -> Fe2+ + 2e- puis de Ni -> Ni2+ + 2e- et enfin de Cu -> Cu2+ + 2e- tandis que Ag et Au tomberont tels quels dans la solution (forme métallique).
- à la cathode : réduction de Cu2+ + 2e- -> Cu métallique. En effet, Ni2+ et Fe2+ ne réagiraient avec la cathode que s'il n'y avait plus du tout d'ions Cu2+ dans la solution, or la solution est alimentée par l'anode et la solution de CuSO4 régulièrement remplacée, donc ça ne doit pas arriver. Les cathodes sont très pures et sont transformées en produits semi-finis : barres, tuyau, plaques etc.

4 - Les produits semi-finis

Les plaques sont obtenues par laminage.

Principe du laminoir.

Les barres sont obtenues par filage à la presse d'une billette cylindrique portée au rouge. Sous l'action de la pression, le métal est forcé à travers une filière qui lui donne la forme voulue L'industrie des fils et câbles représente environ la moitié de la consommation française de cuivre, soit environ 200 000 tonnes. Ils sont fabriqués par un laminage suivi de tréfilage.

Tréfilage de fils fins

Les tubes sont obtenus par un ébauchage à chaud, consistant à obtenir un cylindre creux à partir d'un cylindre plein. La section des tubes est réduite à froid, en épaisseur et en diamètre, par écrasement entre des cylindres et un mandrin conique.

5 - Les produits finis

Il y a les pièces moulées et les pièces embouties à chaud ou à froid.

Cuivre produits finis

On fait également des pièces usinées par tournage, des câblages divers, etc...

Câbles de cuivre

On obtient ainsi une infinité de pièces en cuivre ou laiton pour des usages divers comme nous l'avons vu.