Le traitement du cuivre est un processus complexe qui comprend de nombreuses étapes, car le fabricant transforme le minerai de son état brut et extrait en une forme purifiée pour une utilisation dans de nombreuses industries. Cuivre est généralement extrait des minerais d'oxyde et de sulfure qui contiennent entre 0,5 et 2,0% de cuivre.
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 sulfure.
Quel que soit le type de minerai, le minerai de cuivre extrait doit d'abord être concentré pour éliminer la gangue ou les matières indésirables incrustées dans le minerai. La première étape de ce processus consiste à concasser et à pulvériser le minerai dans un broyeur à boulets ou à barres.
Minerais de sulfure
Pratiquement tous les minerais de cuivre de type sulfure, y compris la chalcocite (Cu2S), chalcopyrite (CuFeS
2) et covellite (CuS), sont traités par fusion. Après avoir broyé le minerai en une poudre fine, il est 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 de l'eau avec un agent moussant, ce qui favorise la mousse.Des jets d'air sont projetés à travers les bulles d'eau qui font flotter les particules de cuivre hydrofuges à la surface. La mousse, qui contient environ 30% de cuivre, 27% le fer et 33% de soufre, est écrémé et rôti.
Si elles sont économiques, des impuretés moindres qui peuvent être présentes dans le minerai, telles que molybdène, le plomb, l'or et l'argent peuvent également être traités et retirés à ce stade par flottation sélective. À des températures comprises entre 932 et 1292°F (500-700°C), une grande partie de la teneur en soufre restante est brûlée sous forme de sulfure gazeux, résultant en un mélange calciné d'oxydes et de sulfures de cuivre.
Des flux sont ajoutés au cuivre calciné, qui est maintenant à environ 60% pur avant qu'il ne soit à nouveau chauffé, cette fois à 2192 ° F (1200C ° C). À 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 scories. Le mélange restant est un sulfure de cuivre fondu appelé mat.
L'étape suivante du processus de raffinage consiste à oxyder la matte liquide afin d'éliminer le fer pour brûler la teneur en sulfure sous forme de dioxyde de soufre. Le résultat est de 97 à 99%, du cuivre blister. Le terme cuivre blister vient des bulles produites par le dioxyde de soufre à la surface du cuivre.
Afin de produire des cathodes de cuivre de qualité commerciale, 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 démarrage de cathode en cuivre pur, le cuivre blister devient l'anode d'une cellule galvanique. Des ébauches de cathode en acier inoxydable sont également utilisées dans certaines raffineries, comme la mine de cuivre Kennecott de Rio Tinto dans l'Utah.
Lorsqu'un courant est introduit, les ions cuivre commencent à migrer vers la cathode ou la feuille de démarrage, formant des cathodes de cuivre pur à 99,9-99,99%.
Traitement du minerai d'oxyde et SX / EW
Après broyage des minerais de cuivre de type oxyde, tels que l'azurite (2CuCO3 · Cu (OH) 3), brochantite (CuSO4), chrysocolle (CuSiO3 · 2H2O) et cuprite (Cu2O), de l'acide sulfurique dilué est appliqué à la surface du matériau sur des tampons de lixiviation ou dans des réservoirs 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 enceinte) est ensuite traitée à l'aide d'un procédé hydrométallurgique appelé extraction au solvant et électro-gagnant (ou SX-EW).
L'extraction au solvant consiste à retirer le cuivre de la liqueur enceinte à l'aide d'un solvant organique ou d'un extractant. Au cours de cette réaction, les ions cuivre sont échangés contre des ions hydrogène, permettant à la solution acide d'être récupérée et réutilisée dans le processus de lixiviation.
La solution aqueuse riche en cuivre est ensuite transférée dans un réservoir électrolytique où se déroule la partie électro-gagnante du processus. Sous charge électrique, les ions cuivre migrent de la solution vers des cathodes de démarrage en cuivre 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 tellure, se rassemblent au fond du réservoir sous forme de boues et peuvent être récupérées par un traitement ultérieur.
Les cathodes de cuivre électro-gagnées sont d'une pureté égale ou supérieure à celles produites par la fusion traditionnelle, 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 pas être produit à partir de soufre dans le corps de minerai de cuivre, ainsi comme de vieux minéraux sulfurés qui ont été oxydés par exposition à l'air ou à la lixiviation bactérienne et à d'autres déchets qui auraient été éliminés auparavant non transformé.
Le cuivre peut également être précipité hors de la solution enceinte par cémentation à l'aide de ferraille. Cependant, cela produit un cuivre moins pur que le SX-EW et est donc moins souvent utilisé.
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 comprend le forage de trous de forage et le pompage d'une solution de lixiviat - généralement de l'acide sulfurique ou chlorhydrique - dans le corps minéralisé. Le lixiviat dissout les minéraux de cuivre avant d'être récupéré via un deuxième forage. Un raffinage supplémentaire à l'aide de SX-EW ou d'une précipitation chimique produit des cathodes de cuivre commercialisables.
L'ISL est souvent réalisée sur du minerai de cuivre à faible teneur dans des chantiers remblayés (également appelés lessivage de chantier) du minerai dans les zones effondrées des mines souterraines.
Les minerais de cuivre qui se prêtent le mieux à l'ISL comprennent les carbonates de cuivre malachite et azurite, ainsi que la ténorite et la chrysocolle.
La production minière mondiale de cuivre devrait dépasser 19 millions de tonnes en 2017. La principale source de cuivre est le Chili, qui produit environ un tiers de l'offre mondiale totale. 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 désormais de sources recyclées. Aux États-Unis, le cuivre recyclé représente environ 32% de l'approvisionnement annuel. À l'échelle mondiale, ce nombre est estimé être plus proche de 20%.
le premier producteur mondial de cuivre est l'entreprise d'État chilienne Codelco. Codelco a produit 1,84 million de tonnes métriques de cuivre affiné en 2017. Les autres grands producteurs incluent Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. et Xstrata Plc.