" Procédépour l'extraction de l'oxyde de cuivre
contenu dans le cuivre "
L'invention a pour objet la désoxydation du cuivre.
Le but principal de l'invention consiste à désoxyder du cuivre fondu au moyen d'une scorie et à réutiliser la
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rant par intermittence et en régénérant la scorie entre des
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rence, lorsque les circonstances le permettent, en régénérant
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moyen de cette scorie.
Un autre but de l'invention consiste à désoxyder continuellement la scorie pendant qu'elle est utilisée, soit par des procédés chimiques, soit par des procédés électrolytiques, de manière à lui conserver son activité.
L'invention vise, en outre, les buts suivants:
Faire passer, d'une manière continue ou intermittente du cuivre fondu dans un bain dans lequel l'oxyde de cuivre est éliminé par une scorie.
Composer une scorie au-dessus du métal fondu, celle-ci n'étant pas miscible avec le métal, l'oxyde de cuivre contenu dans le métal se diffusant dans la scorie, après quoi l'oxyde ainsi diffusé peut être réduit par des procédés chimiques, électrolytiques ou autres, de manière
à permettre la diffusion dans la scorie et l'extraction continus de'l'oxyde de cuivre contenu dans le métal.
Dans une variante, on prélèvera des portions successives de la scorie, de manière à la traiter et à réduire l'oxyde de cuivre qu'elle contient, de la scorie régénérée étant substituée à celle qui a été extraite pour en retirer l'oxyde de cuivre.
Dans une autre variante, on extrait continuellement l'oxyde de cuivre de la scorie qui surnage sur le bain de cuivre fondu au moyen d'une action électrolytique.
Utiliser une scorie réductrice pour réduire un bain de métal fondu et en même temps traiter cette scorie par des agents réducteurs chimiques ou électrolytiques, de manière à éviter l'accumulation de l'oxyde dans la scorie, après quoi on renvoie au bain le métal provenant de l'oxyde décomposé, le métal fondu constituant, de préférence, l'une des électrodes, lorsqu'on utilise le procédé électrolytique.
D'autres buts de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre.
L'invention se rapporte à la fois à la méthode utilisée et aux appareils qui permettent de mettre en oeuvre cette méthode.
La figure 1 est une coupe verticale d'un appareil schématique suivant l'invention.
Les figures 2 & 3 montrent schématiquement la
<EMI ID=5.1> La figure 4 est une abaque du système ternaire 'cuivre, oxyde de .cuivre et scorie montrant les courbes à une température donnée.
Les figures 5,6,7 & 8 montrent chacune les résultats d'expériences ou de séries d'expériences montrant les
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différentes scories.
le cuivre vendu dans le .commerce possède l'inconvénient de contenir toujours une certaine quantité d'oxyde de cuivre malgré tous les efforts que l'on a fait pour éliminer
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puisse trouver, cette proportion d'oxyde atteint néanmoins
un demi à un pour cent. Quoique cette proportion soit faible, elle est néanmoins un sérieux inconvénient, étant donné qu'elle altère les propriétés physiques du cuivre et, en particulier, qu'elle accroît sa résistance électrique.
On s'est livré à des essais pour perfectionner
le cuivre en utilisant dans des laboratoires des scories
pour éliminer l'oxyde de cuivre. Mais ces procédés ne sont jamais devenus industriels et sont restés des procédés de laboratoires, en particulier parce que l'on n'est jamais parvenu à débarrasser les scories de l'oxyde de cuivre qu'elles contenaient, de sorte que le cuivre ne pouvait être sensiblement amélioré et que l'opération ne pouvait pas devenir continue.
A première vue il semble que le cuivre électrolytique ne présente pas le même inconvénient et qu'il soit
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pas possible d'utiliser le cuivre sous forme de dépôt électrolytique sans le soumettre à une fusion.
Dans cette fusion, il se forme de l'oxyde de cuivre qui se dissout dans le cuivre fondu. Pour remédier à cet inconvénient, on a mélangé au cuivre et l'on a placé sur le
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cuivre commercial et ses effets nuisibles sont bien connus. Des essais ont été tentés pour diminuer davantage cette
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mais si l'on poursuit davantage la réduction, le cuivre laisse échapper des gaz pendant son refroidissement dans
les moules, de sorte que les pièces moulées sont défectueuses. Il semble que ces gaz se mélangent au cuivre lors du contact direct de ce dernier et des agents réducteurs destinés à réduire l'oxyde.
Suivant l'invention, le cuivre fondu est désoxydé en faisant surnager à sa surface une scorie de composition convenable, 1 la désoxydation résultant du fait que l'oxyde de
<EMI ID=11.1> est très simple si l'on considère les relations résultant de la règle des phases qui déterminent la répartition du composant (oxyde de cuivre) entre deux phases liquides
(une phase riche en scorie et une phase riche en cuivre).
Lorsque du cuivre fondu contenant de l'oxyde de cuivre vient en contact avec une scorie -exempte d'oxyde, l'énergie partielle libre que possède l'oxyde de cuivre en dissolution dans le cuivre n'est compensée que par l'énergie correspondante de l'oxyde de cuivre en dissolution.dans la scorie, laquelle est nulle. Par suite, l'oxyde de cuivre passe du cuivre dans la scorie jusqu'à un point qui est déterminé par les énergies partielles libres que possède cet
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Le passage de l'oxyde de cuivre du cuivre dans la scorie cesse lorsque l'énergie partielle de l'oxyde de cuivre en dissolution dans la scorie s'est accrue et l'énergie partielle de l'oxyde de cuivre en dissolution dans le cuivre s'est abaissée jusqu'à atteindre des valeurs égales. Mais ces valeurs égales de l'énergie libre correspondent, pour diverses scories, à des concentrations très diverses de l'oxyde de cuivre dans la scorie. Ceci a pour conséquence que les scories sont plus ou moins actives pour l'élimination de l'oxyde de cuivre à partir du cuivre fondu. Quelle que soit la scorie, il existera toujours pour une concentration dé-
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Il est donc possible d'utiliser une scorie quelconque, ou tout au moins un grand nombre de scories; mais en pratique, leur activité sera différente. Dans la suite, on indiquera
un certain nombre de scories sur lesquelles les inventeurs ont fait des essais, mais il va sans dire que cette liste n'est
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toutes les scories les plus efficaces.
Si l'on désire pouvoir utiliser à nouveau ou pouvoir utiliser continuellement la scorie, il convient de traiter cette dernière pour en extraire l'oxyde de cuivre. L'électrolyse,ou d'autres procédés, permet de réduire la concentration de l'oxyde de cuivre contenu dans la scorie pratiquement
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cette scorie aura une teneur en oxyde de cuivre très voisine de zéro.
Suivant l'invention, on extrait l'oxyde de cuivre du cuivre fondu en mettant ce dernier en contact avec la scorie et en traitant en même temps cette scorie, de manière à maintenir sa teneur en oxyde de cuivre égale ou inférieure à la quantité voulue.
On peut utiliser à cet effet toute scorie qui est pratiquement insoluble dans le cuivre fondu et dans laquelle l'oxyde de cuivre est insoluble. Pourtant toutes les scories ne conviennent pas au même degré. Certaines d'entre elles sont plus particulièrement adaptées à cet usage en raison de
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de leur tension de vapeur, de leur stabilité, etc.......
D'autres facteurs pouvant déterminer ou tout au moins influencer le choix d'une scorie tels que: les condi- tions locales, sa rapidité d'action, le fait qu'elle n'attaque pas les revêtements des fours, etc....
L'équilibre de la répartition de l'oxyde de cuivre
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de la brève description qui va suivre et qui s'appuie sur les relations d'équilibres binaire et ternaire entre un système
à deux composants liquides (oxyde de cuivre et cuivre) et un système à trois composants (oxyde de cuivre, cuivre et scorie):
la désoxydation par la scorie est basée sur les phénomènes qui
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oxyde de cuivre) est mis en présence d'un troisième composant
(une 'scorie non miscible avec le cuivre fondu et miscible avec
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On admettra, pour plus de généralité, que la scorie soit une scorie quelconque et l'on tracera les deux courbes d'équilibre binaire,cuivre -scorie et oxyde de cuivre -scorie, pour des températures supérieures aux points de fusion de ces corps. A ces courbes on ajoutera la courbe binaire, cuivreoxyde de cuivre, telle qu'elle a été déterminée par Slade
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Etant donné que le cuivre n'est miscible qu'en très faible$ proportion�, tant avec la scorie qu'avec l'oxyde,
la plupart des concentrations du diagramme ternaire montreront deux phases liquides en équilibre. L'une sera, en général, riche en scorie et l'autre riche en cuivrée l'oxyde total présent étant réparti entre ces deux phases liquides (voir <EMI ID=21.1>
La composition de la phase ou des phases liquides constituant le système à trois éléments (cuivre, oxyde de cuivre et scorie) à une température donnée est indiquée graphiquement dans le diagramme ternaire d'équilibre de la figure 4. Ce diagramme correspond à une scorie théorique qui est miscible à l'état fondu avec l'oxyde de cuivre fondu, mais qui n'est pas miscible avec le cuivre fondu. Ce diagramme montre qu'à
<EMI ID=22.1> deux liquides non miscibles pour chaque proportion des trois constituants qui forment le système.
La composition d'un des liquides (par exemple la scorie fondue contenant de l'oxyde de cuivre dissous et un
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que la composition du liquide correspondant (cuivre fondu contenant de l'oxyde de cuivre dissous et, théoriquement, une faible quantité de scorie) variera le long de la ligne <EMI ID=24.1> <EMI ID=25.1>
de la scorie en oxyde de cuivre; qui conduira à un état d'équilibre.
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scorie impure) pour la partie inférieure du diagramme ternaire, et pour toute une séria de scories.
Les résultats de ces expériences sont indiqués
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sensiblement exact que la scorie soit pratiquement insoluble dans le cuivre fondu et que celui soit, de même, pratiquement insoluble dans la scorie.
Les lignes transversales se comprennent d'elles-
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ligne transversale. Ces figures permettent de voir qu'il existe une grande différence dans l'activité des diverses scories. Parmi les meilleures scories, on remarque que figu-rent les chlorures de calcium ou de baryum mélangea avec un per de borate de sodium et les chlorures de sodium ou de potassium mélangés avec un peu de silicate, de phosphate
ou de borate de sodium. Il semble que le silicate de soude
ou le chlorure de potassium ou de sodium employés seuls soient moins efficaces.
La figure 1 montre l'un des nombreux modes de réalisation que l'on peut utiliser pour la mise en oeuvre du procédé.
Le cuivre fondu est introduit en 15 dans le creuset 16 du four à désoxyder 17. On a indiqué schématique-
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ner le four, afin d'effectuer périodiquement la coulée après la désoxydation du cuivre. Si on le désire, cette coulée peut avoir lieu par un orifice de trop-plein (d'une manière intermittente ou continue) tel que le déversoir 18. Le couvercle réfractaire 19 isole la scorie des orifices d'introduction et d'évacuation du cuivre et maintient la chaleur dans le four. Au-dessus de la scorie qui recouvre
le cuivre fondu, on peut faire flotter avantageusement une couche de carbone ou d'un carbure pour favoriser la désoxydation de la scorie ou encore on peut introduire un gaz réducteur ou un hydro-carbure dans la scorie ou au-dessus de la scorie par les orifices 20, 20', On peut encore utiliser les deux moyens à la fois. L'oxyde de carbone mis en liberté et les autres gaz s'échappent du four en 21.
Des électrodes positives, 24 & 25, plongent dans la partie supérieure de la scorie, afin de produire le
dépôt électrolytique du cuivre provenant de l'oxyde de cuivre qui passe du bain de métal dans la scorie. Le cuivre fondu du bain forme l'électrode négative, ce cuivre étant
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Normalement la résistance électrique du mélange
de scorie et de carbure qui se trouve placé à la partie supérieure sera considérablement plus faible que la résistance de la scorie elle-même, d'où il résulte que le mélange de scorie et de carbure agira comme une électrode positive continue recouvrant tout le bain de scorie. Le dépôt électrolytique de cuivre s'effectuera donc sur le cuivre du
bain.
On remarquera que l'oxyde contenu dans la scorie est réduit continuellement,à la fois par l'action électrolytique du courant et par le carbure qui flotte sur la scorie. Si on le désire, on pourra utiliser l'une de ces actions
sans l'autre.
Si on désire fournir de la chaleur supplémentaire
à ce four, on peut faire passer à travers la scorie une force
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la scorie et le métal formeront une résistance pour le chauffage.
La figure � montre un dispositif schématique permettant de réaliser facilement le procédé lorsque la matière brute qui doit être purifiée est sensiblement exempte d'autres métaux ou oxydes métalliques que le cuivre et ses oxydes.
Cette matière brute est placée dans le four de fusion et le produit fondu, contenant l'oxyde de cuivre comme impureté, arrive continuellement ou d'une manière intermittente dans le four réducteur qui peut être avantageusement du type représenté figure 1.
Il est tout-à-fait désirable que la fusion ait lieu à une distance suffisante du four de désoxydation ou 'tout au moins dans des conditions telles que la scorie de
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la combustion du four de fusion, ce qui permettra de choisir les scories sans tenir compte de l'action que peuvent avoir les gaz sur elles et ce qui permettra également d'utiliser pour le chauffage des combustibles de prix peu élevé.
Si le métal brut contient des impuretés métalliques, celles-ci peuvent être éliminées au moyen du procédé qui fait l'objet de l'invention.
<EMI ID=36.1> d'obtenir ce résultat.
Le four à scorie représenté reçoit le métal fondu, avec ses impuretés, à partir du four de fusion. Si ce métal est oxydé, les oxydes métalliques, tels que l'oxyde de plomb, passent dans la scorie avec l'oxyde de cuivre. Il faut noter
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oxydés avant lui parce que, s'il se formait de l'oxyde de cuivre, il serait décomposé par les autres métaux. Ceci est généralement de peu d'importance parce que les autres métaux qui peuvont constituer les impuretés sont en faible quantité.
La scorie impure s'écoule continuellement ou par
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produits de réduction de la scorie.
Avec les agents de réduction énergiques, il peut
y avoir une légère réduction d'une partie de la scorie ellemême, ce qui est nuisible. On corrige cet inconvénient en traitant le produit de la réduction provenant du four de réduction par une faible portion de scorie non réduite qui