Adapté de la 3e édition, Encyclopédie de la santé et de la sécurité au travail.

Lors de la production et de l'affinage des métaux, les composants de valeur sont séparés des matériaux sans valeur dans une série de réactions physiques et chimiques différentes. Le produit final est un métal contenant des quantités contrôlées d'impuretés. La fusion et l'affinage primaires produisent des métaux directement à partir de concentrés de minerai, tandis que la fusion et l'affinage secondaires produisent des métaux à partir de déchets et de déchets de procédé. La ferraille comprend les morceaux de pièces métalliques, les barres, les tournures, les tôles et les fils hors spécifications ou usés mais qui peuvent être recyclés (voir l'article « Récupération des métaux » dans ce chapitre).

Présentation des processus

Deux technologies de récupération des métaux sont généralement utilisées pour produire des métaux raffinés, pyrométallurgique ainsi que hydrométallurgique. Les procédés pyrométallurgiques utilisent la chaleur pour séparer les métaux souhaités des autres matériaux. Ces procédés utilisent des différences entre les potentiels d'oxydation, les points de fusion, les pressions de vapeur, les densités et/ou la miscibilité des composants du minerai lorsqu'ils sont fondus. Les technologies hydrométallurgiques diffèrent des procédés pyrométallurgiques en ce que les métaux souhaités sont séparés des autres matériaux à l'aide de techniques qui capitalisent sur les différences entre les solubilités des constituants et/ou les propriétés électrochimiques dans des solutions aqueuses.

Pyrométallurgie

 Lors du traitement pyrométallique, un minerai, après avoir été bénéficié (concentré par concassage, broyage, flottaison et séchage), est fritté ou torréfié (calciné) avec d'autres matériaux tels que la poussière et le fondant de filtre à manches. Le concentré est ensuite fondu, ou fondu, dans un haut fourneau afin de fusionner les métaux souhaités en un lingot fondu impur. Ce lingot subit ensuite un troisième processus pyrométallique pour affiner le métal au niveau de pureté souhaité. Chaque fois que le minerai ou le lingot est chauffé, des déchets sont créés. La poussière provenant de la ventilation et des gaz de procédé peut être capturée dans un filtre à manches et est soit éliminée soit renvoyée au procédé, selon la teneur en métal résiduel. Le soufre contenu dans le gaz est également capturé et, lorsque les concentrations sont supérieures à 4 %, il peut être transformé en acide sulfurique. Selon l'origine du minerai et sa teneur en métaux résiduels, divers métaux tels que l'or et l'argent peuvent également être produits comme sous-produits.

La torréfaction est un processus pyrométallurgique important. Le grillage sulfatant est utilisé dans la production de cobalt et de zinc. Son but est de séparer les métaux afin qu'ils puissent être transformés en une forme soluble dans l'eau pour un traitement hydrométallurgique ultérieur.

La fusion des minerais sulfurés produit un concentré métallique partiellement oxydé (matte). Lors de la fusion, le matériau sans valeur, généralement du fer, forme un laitier avec un fondant et est converti en oxyde. Les métaux précieux acquièrent la forme métallique à l'étape de conversion, qui a lieu dans les fours de conversion. Cette méthode est utilisée dans la production de cuivre et de nickel. Le fer, le ferrochrome, le plomb, le magnésium et les composés ferreux sont produits par réduction du minerai avec du charbon de bois et un fondant (calcaire), le processus de fusion se déroulant généralement dans un four électrique. (Voir aussi le Industrie du fer et de l'acier chapitre.) L'électrolyse des sels fondus, utilisée dans la production d'aluminium, est un autre exemple de procédé pyrométallurgique.

La température élevée requise pour le traitement pyrométallurgique des métaux est obtenue en brûlant des combustibles fossiles ou en utilisant la réaction exothermique du minerai lui-même (par exemple, dans le procédé de fusion éclair). Le procédé de fusion éclair est un exemple de procédé pyrométallurgique économe en énergie dans lequel le fer et le soufre du concentré de minerai sont oxydés. La réaction exothermique couplée à un système de récupération de chaleur permet d'économiser beaucoup d'énergie pour la fusion. La récupération élevée de soufre du procédé est également bénéfique pour la protection de l'environnement. La plupart des fonderies de cuivre et de nickel récemment construites utilisent ce procédé.

Hydrométallurgie

Des exemples de procédés hydrométallurgiques sont la lixiviation, la précipitation, la réduction électrolytique, l'échange d'ions, la séparation par membrane et l'extraction par solvant. La première étape des procédés hydrométallurgiques est la lixiviation des métaux précieux à partir de matériaux moins précieux, par exemple avec de l'acide sulfurique. La lixiviation est souvent précédée d'un prétraitement (p. ex. grillage sulfaté). Le processus de lixiviation nécessite souvent une pression élevée, l'ajout d'oxygène ou des températures élevées. La lixiviation peut également être réalisée à l'électricité. A partir de la solution de lixiviation, le métal souhaité ou son composé est récupéré par précipitation ou réduction en utilisant différentes méthodes. La réduction est effectuée, par exemple, dans la production de cobalt et de nickel avec du gaz.

L'électrolyse des métaux dans des solutions aqueuses est également considérée comme un procédé hydrométallurgique. Dans le processus d'électrolyse, l'ion métallique est réduit en métal. Le métal se trouve dans une solution d'acide faible à partir de laquelle il précipite sur les cathodes sous l'influence d'un courant électrique. La plupart des métaux non ferreux peuvent également être raffinés par électrolyse.

Souvent, les procédés métallurgiques sont une combinaison de procédés pyro- et hydrométallurgiques, selon le concentré de minerai à traiter et le type de métal à raffiner. Un exemple est la production de nickel.

Les dangers et leur prévention

La prévention des risques sanitaires et des accidents dans l'industrie métallurgique est avant tout une question pédagogique et technique. Les examens médicaux sont secondaires et n'ont qu'un rôle complémentaire dans la prévention des risques sanitaires. Un échange d'informations harmonieux et une collaboration entre les services de planification, de ligne, de sécurité et de santé au travail au sein de l'entreprise donnent le résultat le plus efficace dans la prévention des risques pour la santé.

Les mesures préventives les meilleures et les moins coûteuses sont celles prises au stade de la planification d'une nouvelle usine ou d'un nouveau procédé. Lors de la planification de nouvelles installations de production, les aspects suivants doivent être pris en compte au minimum :

• Les sources potentielles de contaminants atmosphériques doivent être fermées et isolées.
• La conception et l'emplacement de l'équipement de traitement doivent permettre un accès facile à des fins de maintenance.
• Les zones dans lesquelles un danger soudain et inattendu peut survenir doivent être surveillées en permanence. Des avertissements adéquats doivent être inclus. Par exemple, les zones dans lesquelles une exposition à l'arsine ou au cyanure d'hydrogène pourrait être possible doivent faire l'objet d'une surveillance continue.
• L'ajout et la manipulation de produits chimiques de procédé toxiques doivent être planifiés de manière à éviter la manipulation manuelle.
• Des dispositifs d'échantillonnage d'hygiène personnelle au travail devraient être utilisés afin d'évaluer l'exposition réelle du travailleur individuel, dans la mesure du possible. La surveillance fixe régulière des gaz, des poussières et du bruit donne une vue d'ensemble de l'exposition mais n'a qu'un rôle complémentaire dans l'évaluation de la dose d'exposition.
• Dans l'aménagement de l'espace, les exigences de futurs changements ou extensions du processus doivent être prises en compte afin que les normes d'hygiène au travail de l'usine ne se détériorent pas.
• Il devrait y avoir un système continu de formation et d'éducation pour le personnel de sécurité et d'hygiène, ainsi que pour les contremaîtres et les ouvriers. Les nouveaux travailleurs, en particulier, devraient être parfaitement informés des risques potentiels pour la santé et de la manière de les prévenir dans leur propre environnement de travail. En outre, une formation doit être dispensée chaque fois qu'un nouveau processus est introduit.
• Les pratiques de travail sont importantes. Par exemple, une mauvaise hygiène personnelle en mangeant et en fumant sur le lieu de travail peut augmenter considérablement l'exposition personnelle.
• La direction doit disposer d'un système de surveillance de la santé et de la sécurité qui produit des données adéquates pour la prise de décisions techniques et économiques.

Voici quelques-uns des dangers et précautions spécifiques rencontrés lors de la fusion et de l'affinage.

blessures

L'industrie de la fonte et de l'affinage a un taux de blessures plus élevé que la plupart des autres industries. Les sources de ces blessures comprennent : les éclaboussures et les déversements de métal en fusion et de scories entraînant des brûlures; explosions de gaz et explosions au contact de métal en fusion avec de l'eau ; collisions avec des locomotives, des wagons, des ponts roulants et d'autres équipements mobiles en mouvement ; chutes d'objets lourds; tombe d'une hauteur (par exemple, en accédant à une cabine de grue); et les blessures par glissade et trébuchement dues à l'obstruction des planchers et des passages.

Les précautions comprennent : une formation adéquate, un équipement de protection individuelle (EPI) approprié (par exemple, des casques, des chaussures de sécurité, des gants de travail et des vêtements de protection) ; bon rangement, entretien ménager et entretien de l'équipement; règles de circulation pour les équipements en mouvement (y compris des itinéraires définis et un système de signalisation et d'avertissement efficace); et un programme de protection contre les chutes.

Moocall Heat

Les maladies liées au stress thermique telles que les coups de chaleur sont un risque courant, principalement en raison du rayonnement infrarouge des fours et du métal en fusion. Ceci est particulièrement un problème lorsque des travaux pénibles doivent être effectués dans des environnements chauds.

La prévention des maladies liées à la chaleur peut impliquer des écrans d'eau ou des rideaux d'air devant les fours, un refroidissement ponctuel, des cabines climatisées fermées, des vêtements de protection contre la chaleur et des combinaisons refroidies par air, laissant suffisamment de temps pour l'acclimatation, des pauses de travail dans des zones fraîches et un approvisionnement adéquat de boissons à boire fréquemment.

Risques chimiques

L'exposition à une grande variété de poussières, fumées, gaz et autres produits chimiques dangereux peut se produire pendant les opérations de fusion et d'affinage. Le concassage et le broyage du minerai en particulier peuvent entraîner de fortes expositions à la silice et aux poussières métalliques toxiques (par exemple, contenant du plomb, de l'arsenic et du cadmium). Il peut également y avoir des expositions à la poussière lors des opérations de maintenance du four. Pendant les opérations de fusion, les fumées métalliques peuvent être un problème majeur.

Les émissions de poussières et de fumées peuvent être contrôlées par une enceinte, l'automatisation des processus, une ventilation par aspiration locale et par dilution, le mouillage des matériaux, une manipulation réduite des matériaux et d'autres changements de processus. Là où ceux-ci ne sont pas adéquats, une protection respiratoire serait nécessaire.

De nombreuses opérations de fusion impliquent la production de grandes quantités de dioxyde de soufre à partir de minerais sulfurés et de monoxyde de carbone à partir de processus de combustion. La dilution et la ventilation par aspiration locale (LEV) sont essentielles.

L'acide sulfurique est produit comme sous-produit des opérations de fusion et est utilisé dans le raffinage électrolytique et la lixiviation des métaux. L'exposition peut se produire à la fois au liquide et aux brouillards d'acide sulfurique. Une protection de la peau et des yeux et une LEV sont nécessaires.

La fusion et l'affinage de certains métaux peuvent présenter des risques particuliers. Les exemples incluent le nickel carbonyle dans le raffinage du nickel, les fluorures dans la fusion de l'aluminium, l'arsenic dans la fusion et le raffinage du cuivre et du plomb, et les expositions au mercure et au cyanure lors du raffinage de l'or. Ces processus nécessitent leurs propres précautions particulières.

Autres dangers

L'éblouissement et le rayonnement infrarouge des fours et du métal en fusion peuvent causer des lésions oculaires, notamment des cataractes. Des lunettes et des écrans faciaux appropriés doivent être portés. Des niveaux élevés de rayonnement infrarouge peuvent également provoquer des brûlures de la peau à moins que des vêtements de protection ne soient portés.

Les niveaux de bruit élevés provenant du concassage et du broyage du minerai, des soufflantes à décharge de gaz et des fours électriques à haute puissance peuvent entraîner une perte auditive. Si la source du bruit ne peut pas être confinée ou isolée, des protections auditives doivent être portées. Un programme de conservation de l'ouïe comprenant des tests audiométriques et une formation devrait être institué.

Des risques électriques peuvent survenir pendant les processus électrolytiques. Les précautions comprennent une maintenance électrique appropriée avec des procédures de verrouillage/étiquetage ; gants, vêtements et outils isolants; et des disjoncteurs de fuite à la terre si nécessaire.

Le levage manuel et la manipulation de matériaux peuvent causer des blessures au dos et aux membres supérieurs. Des aides mécaniques au levage et une formation appropriée aux méthodes de levage peuvent réduire ce problème.

Pollution et protection de l'environnement

Les émissions de gaz irritants et corrosifs comme le dioxyde de soufre, le sulfure d'hydrogène et le chlorure d'hydrogène peuvent contribuer à la pollution de l'air et provoquer la corrosion des métaux et du béton à l'intérieur de l'usine et dans le milieu environnant. La tolérance de la végétation au dioxyde de soufre varie selon le type de forêt et de sol. En général, les arbres à feuilles persistantes tolèrent des concentrations de dioxyde de soufre plus faibles que les arbres à feuilles caduques. Les émissions de particules peuvent contenir des particules non spécifiques, des fluorures, du plomb, de l'arsenic, du cadmium et de nombreux autres métaux toxiques. Les effluents d'eaux usées peuvent contenir une variété de métaux toxiques, d'acide sulfurique et d'autres impuretés. Les déchets solides peuvent être contaminés par l'arsenic, le plomb, les sulfures de fer, la silice et d'autres polluants.

La gestion de la fonderie devrait inclure l'évaluation et le contrôle des émissions de l'usine. Il s'agit d'un travail spécialisé qui ne doit être effectué que par du personnel parfaitement familiarisé avec les propriétés chimiques et la toxicité des matières rejetées par les procédés de l'usine. L'état physique du matériau, la température à laquelle il quitte le processus, les autres matériaux dans le flux de gaz et d'autres facteurs doivent tous être pris en compte lors de la planification des mesures de contrôle de la pollution de l'air. Il est également souhaitable de maintenir une station météorologique, de tenir des registres météorologiques et d'être prêt à réduire la production lorsque les conditions météorologiques sont défavorables à la dispersion des effluents de la cheminée. Des sorties sur le terrain sont nécessaires pour observer l'effet de la pollution de l'air sur les zones résidentielles et agricoles.

Le dioxyde de soufre, l'un des principaux contaminants, est récupéré sous forme d'acide sulfurique lorsqu'il est présent en quantité suffisante. Sinon, pour respecter les normes d'émission, le dioxyde de soufre et les autres déchets gazeux dangereux sont contrôlés par épuration. Les émissions de particules sont généralement contrôlées par des filtres en tissu et des précipitateurs électrostatiques.

De grandes quantités d'eau sont utilisées dans les procédés de flottation tels que la concentration du cuivre. La majeure partie de cette eau est recyclée dans le processus. Les résidus du processus de flottation sont pompés sous forme de boue dans des bassins de sédimentation. L'eau est recyclée dans le processus. Les eaux de process et les eaux pluviales contenant des métaux sont nettoyées dans des stations d'épuration avant d'être rejetées ou recyclées.

Les déchets en phase solide comprennent les scories de fonderie, les boues de purge provenant de la conversion du dioxyde de soufre en acide sulfurique et les boues provenant des retenues de surface (par exemple, les bassins de sédimentation). Certaines scories peuvent être reconcentrées et renvoyées aux fonderies pour retraitement ou récupération des autres métaux présents. Bon nombre de ces déchets en phase solide sont des déchets dangereux qui doivent être stockés conformément aux réglementations environnementales.

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Adapté de l'EPA 1995.

Cuivre

Le cuivre est extrait à la fois dans des mines à ciel ouvert et dans des mines souterraines, selon la teneur du minerai et la nature du gisement de minerai. Le minerai de cuivre contient généralement moins de 1 % de cuivre sous forme de minéraux sulfurés. Une fois que le minerai est livré au-dessus du sol, il est concassé et broyé à une finesse pulvérulente, puis concentré pour un traitement ultérieur. Dans le processus de concentration, le minerai broyé est mis en suspension avec de l'eau, des réactifs chimiques sont ajoutés et de l'air est soufflé à travers la suspension. Les bulles d'air se fixent aux minéraux de cuivre et sont ensuite écrémées au sommet des cellules de flottation. Le concentré contient entre 20 et 30 % de cuivre. Les résidus, ou minéraux de la gangue, du minerai tombent au fond des cellules et sont retirés, déshydratés par des épaississeurs et transportés sous forme de boue vers un bassin de résidus pour élimination. Toute l'eau utilisée dans cette opération, provenant des épaississeurs de déshydratation et du bassin de résidus, est récupérée et recyclée dans le procédé.

Le cuivre peut être produit par pyrométallurgie ou par hydrométallurgie selon le type de minerai utilisé comme charge. Les concentrés de minerai, qui contiennent des minéraux de sulfure de cuivre et de sulfure de fer, sont traités par des procédés pyrométallurgiques pour donner des produits de cuivre de haute pureté. Les minerais oxydés, qui contiennent des minéraux d'oxyde de cuivre qui peuvent se trouver dans d'autres parties de la mine, ainsi que d'autres déchets oxydés, sont traités par des procédés hydrométallurgiques pour produire des produits de cuivre de haute pureté.

La conversion du cuivre du minerai en métal est réalisée par fusion. Pendant la fusion, les concentrés sont séchés et introduits dans l'un des différents types de fours. Là, les minéraux sulfurés sont partiellement oxydés et fondus pour donner une couche de matte, un mélange de sulfure de cuivre-fer et de laitier, une couche supérieure de déchets.

La matte est ensuite traitée par conversion. Les scories sont extraites du four et stockées ou jetées dans des tas de scories sur place. Une petite quantité de scories est vendue pour le ballast des chemins de fer et pour le sablage. Un troisième produit du processus de fusion est le dioxyde de soufre, un gaz qui est collecté, purifié et transformé en acide sulfurique pour la vente ou pour une utilisation dans les opérations de lixiviation hydrométallurgique.

Après fusion, la matte de cuivre est introduite dans un convertisseur. Au cours de ce processus, la matte de cuivre est coulée dans une cuve cylindrique horizontale (environ 10ґ4 m) munie d'une rangée de tuyaux. Les tuyaux, appelés tuyères, font saillie dans le cylindre et servent à introduire de l'air dans le convertisseur. De la chaux et de la silice sont ajoutées à la matte de cuivre pour réagir avec l'oxyde de fer produit dans le processus pour former des scories. Des déchets de cuivre peuvent également être ajoutés au convertisseur. Le four est mis en rotation de manière à ce que les tuyères soient submergées et de l'air est soufflé dans la matte fondue, ce qui fait réagir le reste du sulfure de fer avec l'oxygène pour former de l'oxyde de fer et du dioxyde de soufre. Ensuite, le convertisseur est mis en rotation pour déverser le laitier de silicate de fer.

Une fois que tout le fer est éliminé, le convertisseur est remis en rotation et reçoit un deuxième souffle d'air au cours duquel le reste du soufre est oxydé et éliminé du sulfure de cuivre. Le convertisseur est ensuite mis en rotation pour déverser le cuivre fondu, qui à ce stade est appelé cuivre blister (ainsi nommé parce que s'il est autorisé à se solidifier à ce stade, il aura une surface bosselée en raison de la présence d'oxygène gazeux et de soufre). Le dioxyde de soufre des convertisseurs est collecté et introduit dans le système de purification de gaz avec celui du four de fusion et transformé en acide sulfurique. En raison de sa teneur résiduelle en cuivre, le laitier est recyclé vers le four de fusion.

Le cuivre blister, contenant un minimum de 98.5 % de cuivre, est affiné en cuivre de haute pureté en deux étapes. La première étape est l'affinage au feu, dans lequel le cuivre blister fondu est versé dans un four cylindrique, semblable en apparence à un convertisseur, où d'abord de l'air, puis du gaz naturel ou du propane sont soufflés à travers la masse fondue pour éliminer le reste du soufre et tout l'oxygène résiduel du cuivre. Le cuivre fondu est ensuite versé dans une roue de coulée pour former des anodes suffisamment pures pour l'électroraffinage.

Dans l'électroraffinage, les anodes de cuivre sont chargées dans des cellules électrolytiques et intercalées avec des feuilles de départ en cuivre, ou cathodes, dans un bain de solution de sulfate de cuivre. Lorsqu'un courant continu traverse la cellule, le cuivre est dissous à partir de l'anode, transporté à travers l'électrolyte et redéposé sur les feuilles de départ de la cathode. Lorsque les cathodes ont atteint une épaisseur suffisante, elles sont retirées de la cellule électrolytique et un nouveau jeu de feuilles de départ est mis à leur place. Les impuretés solides dans les anodes tombent au fond de la cellule sous forme de boue où elles sont finalement collectées et traitées pour la récupération des métaux précieux tels que l'or et l'argent. Ce matériau est connu sous le nom de boue d'anode.

Les cathodes retirées de la cellule électrolytique sont le produit primaire du producteur de cuivre et contiennent 99.99 % de cuivre. Ceux-ci peuvent être vendus aux usines de fil machine comme cathodes ou transformés ultérieurement en un produit appelé barre. Dans la fabrication de barres, les cathodes sont fondues dans un four à cuve et le cuivre fondu est versé sur une roue de coulée pour former une barre adaptée au laminage en une barre continue de 3/8 de pouce de diamètre. Ce produit de tige est expédié aux tréfileries où il est extrudé en différentes tailles de fil de cuivre.

Dans le procédé hydrométallurgique, les minerais oxydés et les déchets sont lessivés avec de l'acide sulfurique provenant du procédé de fusion. La lixiviation est effectuée sur place, ou dans des tas spécialement préparés en répartissant l'acide sur le dessus et en le laissant s'infiltrer à travers le matériau où il est collecté. Le sol sous les tampons de lixiviation est recouvert d'un matériau plastique imperméable et résistant aux acides pour empêcher la liqueur de lixiviation de contaminer les eaux souterraines. Une fois que les solutions riches en cuivre sont collectées, elles peuvent être traitées par l'un des deux procédés suivants : le procédé de cémentation ou le procédé d'extraction par solvant/extraction électrolytique (SXEW). Dans le procédé de cémentation (qui est rarement utilisé aujourd'hui), le cuivre de la solution acide se dépose à la surface de la ferraille en échange du fer. Lorsqu'une quantité suffisante de cuivre a été cimentée, le fer riche en cuivre est introduit dans la fonderie avec les concentrés de minerai pour la récupération du cuivre par la voie pyrométallurgique.

Dans le procédé SXEW, la solution de lixiviation enceinte (PLS) est concentrée par extraction au solvant, qui extrait le cuivre mais pas les impuretés métalliques (fer et autres impuretés). La solution organique chargée en cuivre est ensuite séparée du lixiviat dans un décanteur. L'acide sulfurique est ajouté au mélange organique prégnant, qui décape le cuivre dans une solution électrolytique. Le lixiviat, contenant le fer et d'autres impuretés, est renvoyé à l'opération de lixiviation où son acide est utilisé pour une lixiviation supplémentaire. La solution de bande riche en cuivre est passée dans une cellule électrolytique connue sous le nom de cellule d'extraction électrolytique. Une cellule d'extraction électrolytique diffère d'une cellule d'électroraffinage en ce qu'elle utilise une anode permanente et insoluble. Le cuivre en solution est ensuite plaqué sur une cathode en feuille de départ de la même manière qu'il l'est sur la cathode dans une cellule d'électroraffinage. L'électrolyte appauvri en cuivre est renvoyé au processus d'extraction par solvant où il est utilisé pour extraire plus de cuivre de la solution organique. Les cathodes produites à partir du processus d'extraction électrolytique sont ensuite vendues ou transformées en barres de la même manière que celles produites à partir du processus d'électroraffinage.

Les cellules d'extraction électrolytique sont également utilisées pour la préparation de feuilles de départ pour les processus d'électroraffinage et d'extraction électrolytique en plaquant le cuivre sur des cathodes en acier inoxydable ou en titane, puis en enlevant le cuivre plaqué.

Les dangers et leur prévention

Les principaux risques sont l'exposition aux poussières de minerai pendant le traitement et la fusion du minerai, les fumées métalliques (y compris le cuivre, le plomb et l'arsenic) pendant la fusion, le dioxyde de soufre et le monoxyde de carbone pendant la plupart des opérations de fusion, le bruit des opérations de concassage et de broyage et des fours, le stress thermique dû aux les fours et l'acide sulfurique et les risques électriques lors des procédés électrolytiques.

Les précautions comprennent : LEV pour les poussières pendant les opérations de transfert ; aspiration locale et ventilation par dilution pour le dioxyde de soufre et le monoxyde de carbone ; un programme de lutte contre le bruit et de protection auditive ; vêtements et boucliers de protection, pauses et fluides pour le stress thermique; et LEV, EPI et précautions électriques pour les procédés électrolytiques. Une protection respiratoire est couramment portée pour se protéger contre les poussières, les fumées et le dioxyde de soufre.

Le tableau 1 énumère les polluants environnementaux pour les différentes étapes de la fusion et de l'affinage du cuivre.

Tableau 1. Entrées de matériaux de procédé et sorties de pollution pour la fusion et l'affinage du cuivre

Plomb

Le processus de production primaire du plomb comprend quatre étapes : le frittage, la fusion, le décrassage et l'affinage pyrométallurgique. Pour commencer, une charge d'alimentation comprenant principalement du concentré de plomb sous forme de sulfure de plomb est introduite dans une machine de frittage. D'autres matières premières peuvent être ajoutées, notamment du fer, de la silice, du fondant calcaire, du coke, de la soude, des cendres, de la pyrite, du zinc, de la soude caustique et des particules provenant des dispositifs antipollution. Dans la machine de frittage, la charge de plomb est soumise à des jets d'air chaud qui brûlent le soufre, créant du dioxyde de soufre. Le matériau d'oxyde de plomb existant après ce processus contient environ 9 % de son poids en carbone. L'aggloméré est ensuite introduit avec du coke, divers matériaux recyclés et de nettoyage, du calcaire et d'autres fondants dans un haut fourneau pour la réduction, où le carbone agit comme un combustible et fond ou fond le matériau de plomb. Le plomb fondu s'écoule au fond du four où se forment quatre couches : « speiss » (le matériau le plus léger, essentiellement de l'arsenic et de l'antimoine) ; « matte » (sulfure de cuivre et autres sulfures métalliques) ; laitier de haut fourneau (principalement silicates); et lingots de plomb (98 % de plomb, en poids). Toutes les couches sont ensuite drainées. Le speiss et la matte sont vendus à des fonderies de cuivre pour la récupération du cuivre et des métaux précieux. Le laitier de haut fourneau qui contient du zinc, du fer, de la silice et de la chaux est stocké en tas et partiellement recyclé. Les émissions d'oxyde de soufre sont générées dans les hauts fourneaux à partir de petites quantités de sulfure de plomb résiduel et de sulfates de plomb dans l'alimentation de l'aggloméré.

Le lingot de plomb brut provenant du haut fourneau nécessite généralement un traitement préliminaire dans des cuves avant de subir des opérations d'affinage. Pendant l'écume, le lingot est agité dans une bouilloire d'écume et refroidi juste au-dessus de son point de congélation (370 à 425°C). Une écume, composée d'oxyde de plomb, de cuivre, d'antimoine et d'autres éléments, flotte vers le haut et se solidifie au-dessus du plomb fondu.

L'écume est retirée et introduite dans un four à écume pour la récupération des métaux utiles autres que le plomb. Pour améliorer la récupération du cuivre, le lingot de plomb décrassé est traité en ajoutant des matériaux soufrés, du zinc et/ou de l'aluminium, abaissant la teneur en cuivre à environ 0.01 %.

Au cours de la quatrième étape, le lingot de plomb est affiné à l'aide de méthodes pyrométallurgiques pour éliminer tous les matériaux restants vendables sans plomb (par exemple, l'or, l'argent, le bismuth, le zinc et les oxydes métalliques tels que l'antimoine, l'arsenic, l'étain et l'oxyde de cuivre). Le plomb est affiné dans une bouilloire en fonte en cinq étapes. L'antimoine, l'étain et l'arsenic sont éliminés en premier. Ensuite, le zinc est ajouté et l'or et l'argent sont éliminés dans le laitier de zinc. Ensuite, le plomb est affiné par élimination sous vide (distillation) du zinc. L'affinage se poursuit avec l'ajout de calcium et de magnésium. Ces deux matériaux se combinent avec le bismuth pour former un composé insoluble qui est écrémé de la bouilloire. Dans l'étape finale, de la soude caustique et/ou des nitrates peuvent être ajoutés au plomb pour éliminer toute trace restante d'impuretés métalliques. Le plomb affiné aura une pureté de 99.90 à 99.99 % et pourra être mélangé avec d'autres métaux pour former des alliages ou il pourra être directement coulé en formes.

Les dangers et leur prévention

Les principaux dangers sont l'exposition aux poussières de minerai pendant le traitement et la fusion du minerai, les fumées métalliques (y compris le plomb, l'arsenic et l'antimoine) pendant la fusion, le dioxyde de soufre et le monoxyde de carbone pendant la plupart des opérations de fusion, le bruit des opérations de broyage et de concassage et des fours, et le stress thermique. des fours.

Les précautions comprennent : LEV pour les poussières pendant les opérations de transfert ; aspiration locale et ventilation par dilution pour le dioxyde de soufre et le monoxyde de carbone ; un programme de lutte contre le bruit et de protection auditive ; et des vêtements et des écrans de protection, des pauses et des fluides pour le stress thermique. Une protection respiratoire est couramment portée pour se protéger contre les poussières, les fumées et le dioxyde de soufre. La surveillance biologique du plomb est essentielle.

Le tableau 2 énumère les polluants environnementaux pour diverses étapes de la fusion et de l'affinage du plomb.

Tableau 2. Entrées de matériaux de procédé et sorties de pollution pour la fusion et l'affinage du plomb

Zinc

Le concentré de zinc est produit en séparant le minerai, qui peut contenir aussi peu que 2 % de zinc, des stériles par concassage et flottation, un processus normalement effectué sur le site minier. Le concentré de zinc est ensuite réduit en zinc métallique de l'une des deux manières suivantes : soit par voie pyrométallurgique par distillation (autoclave dans un four), soit par voie hydrométallurgique par extraction électrolytique. Ce dernier représente environ 80 % du raffinage total du zinc.

Quatre étapes de traitement sont généralement utilisées dans l'affinage hydrométallurgique du zinc : la calcination, la lixiviation, la purification et l'extraction électrolytique. La calcination, ou torréfaction, est un processus à haute température (700 à 1000 °C) qui convertit le concentré de sulfure de zinc en un oxyde de zinc impur appelé calcine. Les types de torréfacteurs comprennent les foyers multiples, la suspension ou le lit fluidisé. En général, la calcination commence par le mélange de matériaux contenant du zinc avec du charbon. Ce mélange est ensuite chauffé, ou torréfié, pour vaporiser l'oxyde de zinc qui est ensuite déplacé hors de la chambre de réaction avec le courant gazeux résultant. Le flux de gaz est dirigé vers la zone du filtre à manches où l'oxyde de zinc est capturé dans la poussière du filtre à manches.

Tous les procédés de calcination génèrent du dioxyde de soufre, qui est contrôlé et transformé en acide sulfurique en tant que sous-produit commercialisable.

Le traitement électrolytique de la calcine désulfurée comprend trois étapes de base : la lixiviation, la purification et l'électrolyse. La lixiviation fait référence à la dissolution de la calcine capturée dans une solution d'acide sulfurique pour former une solution de sulfate de zinc. La calcine peut être lessivée une ou deux fois. Dans la méthode de double lixiviation, la calcine est dissoute dans une solution légèrement acide pour éliminer les sulfates. Le calcinât est ensuite lixivié une seconde fois dans une solution plus forte qui dissout le zinc. Cette deuxième étape de lixiviation est en fait le début de la troisième étape de purification car de nombreuses impuretés de fer tombent de la solution ainsi que le zinc.

Après lixiviation, la solution est purifiée en deux ou plusieurs étapes par ajout de poussière de zinc. La solution est purifiée car la poussière force les éléments délétères à précipiter afin qu'ils puissent être filtrés. La purification est généralement effectuée dans de grandes cuves d'agitation. Le processus se déroule à des températures allant de 40 à 85°C et à des pressions allant de la pression atmosphérique à 2.4 atmosphères. Les éléments récupérés lors de la purification comprennent le cuivre sous forme de gâteau et le cadmium sous forme de métal. Après purification, la solution est prête pour l'étape finale, l'extraction électrolytique.

L'extraction électrolytique du zinc a lieu dans une cellule électrolytique et consiste à faire passer un courant électrique à partir d'une anode en alliage plomb-argent à travers la solution aqueuse de zinc. Ce processus charge le zinc en suspension et le force à se déposer sur une cathode en aluminium qui est immergée dans la solution. Toutes les 24 à 48 heures, chaque cellule est arrêtée, les cathodes zinguées retirées et rincées, et le zinc débarrassé mécaniquement des plaques d'aluminium. Le concentré de zinc est ensuite fondu et coulé en lingots et est souvent pur à 99.995 %.

Les fonderies de zinc électrolytique contiennent jusqu'à plusieurs centaines de cellules. Une partie de l'énergie électrique est convertie en chaleur, ce qui augmente la température de l'électrolyte. Les cellules électrolytiques fonctionnent dans des plages de température de 30 à 35°C à pression atmosphérique. Au cours de l'extraction électrolytique, une partie de l'électrolyte passe à travers des tours de refroidissement pour diminuer sa température et pour évaporer l'eau qu'il recueille au cours du processus.

Les dangers et leur prévention

Les principaux dangers sont l'exposition aux poussières de minerai pendant le traitement et la fusion du minerai, les fumées métalliques (y compris le zinc et le plomb) pendant le raffinage et le grillage, le dioxyde de soufre et le monoxyde de carbone pendant la plupart des opérations de fusion, le bruit des opérations de concassage et de broyage et des fours, le stress thermique dû aux les fours et l'acide sulfurique et les risques électriques lors des procédés électrolytiques.

Les précautions comprennent : LEV pour les poussières pendant les opérations de transfert ; aspiration locale et ventilation par dilution pour le dioxyde de soufre et le monoxyde de carbone ; un programme de lutte contre le bruit et de protection auditive ; vêtements et boucliers de protection, pauses et fluides pour le stress thermique; et LEV, EPI et précautions électriques pour les processus électrolytiques. Une protection respiratoire est couramment portée pour se protéger contre les poussières, les fumées et le dioxyde de soufre.

Le tableau 3 énumère les polluants environnementaux pour les différentes étapes de la fusion et de l'affinage du zinc.

Tableau 3. Entrées de matériaux de procédé et sorties de pollution pour la fusion et l'affinage du zinc

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