Brevet FR2009519A1 — publié le 19700206

La présente invention concerne le traitement des minerais de cuivre pour l'extraction par fusion scorifiante appelée aussi le smeltage. L'inventior concerne plus particulièrement un): procédé et le traitement des minerais de cuivre à faible teneur en soufre, tels que la chalcocfcte. 5 Le cuivre métallique est habituellement extrait des minerais de sulfure cuivreux ou de concentrés par un procédé pyrométallurgique comportant la fusion scorifiante, le convertissage et l'affinage. Pendant l'étape initiale, des sulfures de fer et de cuivre et des fondants subissent la fusion scorifiante dans un four à réverbère qui est une enceinte longue, peu profonde, comprenant 10 une sole, des parois latérales, des parois aux extrémités et un toit. Le four est chauffé par des lances montées à travers la paroi d'une des extrémités, et les produits de combustion échappent à &'autre extrémité. Du gaz, de mazout ou du charbon pulvérisé est utilisé pour produire une flamme longue qui chauffe par rayonnement la matière se trouvant sur la sole. Un four réverbère est 15 par suite essentiellement un four de fusion, et il n'yta pas de réactions importantes entre les gaz du four et la charge. Une réaction chimique a lieu dans le four principalement entre les différents constituants de la charge. La principale fonction du four à réverbère est de provoquer la fusion de la charge et de permettre la formation de la matte et de la scorie. 20 La charge contient les impuretés (silice et alumine). La matte est une solution des deux sulfures Cu^S et FeS et peut contenir environ 20 à 80 % de cuivre. Le pourcentage de l'ensemble du cuivre, du fer et du soufre dépasse habituellement 95 %. La densité de la matte est supériéure à celle de la scorie, et en conséquence la matte et la scorie liquides se séparent en deux couches 25 permettant leur séparation à partir du four. La matte sortie du four à réverbère est transférée à uiii convertisseur dans lequel de l'air est soufflé à travers la matte. Il en résulte l'oxydation du FeS, et par addition d'un fpndant siliceux, le FeO est converti en scorie qui est évacuée, le soufflage supplémentaire oxyde préférentiellement le soufre 30 du Q^S, ce qui laisse du cuivre métallique. Ce produit, appelé cuivre blister, est poreux, fragile et contient de petites quantités d'impuretés. Le cuivre blister est affiné pour améliorer ses propriétés mécaniques par des procédés électrolytiques ou pyrométalluqgiques. Le procédé à fusion scorifiante s'adapte particulièrement dans le cas 35 des minerais de sulfures de cuivre contenant un excédent de soufre, par exemple la chalcopyrite CuFeS2. Quand des minerais de cuivre ne contenant pas de fer et ayant une teneur faible en soufre sont traités par ce procédé, il est nécessaire d'ajouter du fer et du soufre à la charge du four pour produire la matte de cuivre—fer-soufre. Le fer et le soufre sont habituellement dans le 69 17434 2 2009519 four de fusion sous la forme de pyrite FeS2 ou de chalcopyrite CuFeS^. Ces additifs sont coûteux et doivent'souvent être transportés sur de grandes distances jusqu'au lieu de traitement. Il est par suite nécessaire de disposer d'additifs efficaces et 5 moins coûteux pour le traitement des minerais de cuivre par fusion scorifiante. La présente invention a pour objet, le traitement des minerais de cuivre par fusion" scorifiante en partant de minerais de cuivre à âûble teneur en soufre avec du sulfate de calcium et du fer métallique. Suivant la présente invention, le processus classique pour le traitement par fusion 10 scorifiante des minerais de cuivre est conservé, mais en remplaçant la pyrite par du sulfate de calcium et du fer métallique pour constituer l'additif de scorification• Le sulfate de calcium peut être utilisé sous la forme de gypse CaSO^.211^0 ou anhydrite CaSO^. Le fer métallique est utilisé sous la forme de déchets ferreux de faible valeur. Les tournures de fer, les débris de 15 perçage, les mélanges de tournures et de copeaux de perçage, des copeaux d'usinage et des débris de caissesds véhicules automobiles peuvent être utilisés dans ce but. Bien que les.réactions exactes entre les différentes matières présentes dans la charge pendant la fusion scorifiante ne soient pas connues, 20 il peut être considéré que le sulfate de calcium et le fer métallique participent aux réactions suivantes pour produire le soufre nécessaire pour la formation de la matte. 4Fe + CaS04 —* CaS + 4FeO . (1) 3CaS + CaS044CaO + 2S2 (2) 25 2Cu + S2 >ÎEuS . ■ (3) 2 FeO + 1,5S2—^>2FeS + S02 (4) De plus, le CaO formé par la réaction (2) réduit les quantités de chaux nécessaire comme fondant. Les quantités des matières utilisées dépendent des compositions 30 minéralogiques et chimiques du Âinerai de cuivre ou du concentré devant être traité, de la quantité et de la qualité des matières secondaires,. telles que les scories de convertissage, les débris et les poussières envoyés dans le four, la qualité désirée $our la matte et les compositions à l'analyse des débris de fer et du sulfate de calcium ajoutés à la charge. Il est par suite 35 impossible de spécifier des plages optimales pour les additifs. Cependant, en considérant les produits des réactions (1) à (4) ci-dessus, le concentré et les additifs peuvent être combinés en proportion pour; maintenir une charge de fusion scorifiante ayant une composition entre les limites indiquées par le tableau I ci-après. 69 17434 3 2009519 TABLEAU I Poids % Cu 13 16 Fe 4 10 S 4 12 CaO 14 16 A12°3 9 12 SiO 29 34 10 Dans la pratique, les ingrédients sont mélangés avant d'être envoyés dans le four. L'opération de fusion scorifiante peut être conduite en continu ou en discontinu, la température utilisée peut être comprise environ entre 1200°C et 1500°C et de préférence entre 1300°C et 1400°C. Après la fusion scorifiante, la matte est transférée à un convertisseur dans 15 lequel le FeS est Oxydé, scorifié avec un fondant silicieux et évacué. Le cuivre subsistant est ensuite affiné par des techniques classiques électroly-tiques ou pyrométallurgiques. Le procédé de fusion scorifiante selon la présente invention est comparé dans les exemples suivants à un traitement classique en 20 utilisant de la pyrite et de la chaux comme additifs, et aussi un traitement en utilisant du gypse et du charbon, de la façon décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.155.492. Le procédé général d'essai utilisé dans les exemples suivants consiste à combiner des proportions sélectionnées de concentrés de- chaicocite, de 25 scorie, de fer, de fondant, et des constituants formeurs de fondant désiré et de matte, pour maintenir une charge pour fusion scorifiante ayônt la composition suivante en poids : 4 à 10 °L de fer, 13 à 16 % de cuivre, 14 à 16 d'oxyde de calcium, 4 à 12 % de soufre, 9 à 12 % d'alumine et 29 à 34 % de silice. Le mélange d'essai est soigneusement mélangé et 300 g sont placés 30 dans un creuset en terre réfractaire qui est ensuite placé dans un four à induction. L'appareil de laboratoire utilisé est représenté ou décrit dans le compte-rendu N° 5955 du Bureau Of Mines Report of Investigations, intitulé "A Study of Copper Reverberatory Slags from White Pine, Michigan, Etats-Unis d'Amérique" par L. M. Irwin; R.E. Lubker et R.A. Marsyla. Le four utilisé 35 est un four à induction de 35 kWA dans lequel le traitement simule celui ayant lieu dans un four réverbère industriel. Lé tour à induction comporte un cylindre en graphite isolé de l'enroulement d'induction en cuivre par une feuille de mica et du noir de fumée. Le cylindre en graphite est chemisé d'oxyde de zirconium stabilisé pour empêcher une oxydation excessive. Des 69 17434 4 2009519 creusets standard en terre réfractaire d'une capacité de 250 ml sont utilisés pour contenir la charge du four et la température de la scorie est mesurée optiquement. La température utilisée pour ces essais est de 1300°C. Après maintien à cette température pendant le temps indiqué, le creuset est enlevé du four à induction et refroidi jusqu'à la température ambiante, après quoi les produits sont sépârés,pesés et soumis à l'analyse chimique. EXEMPLE 1 Cet exemple concerne une série de quatre essais effectués à 1300°C pendant 2 heures. Pour chaque essai, le niveau du soufre est maintenu à un pourcentage normal de 5,2 à 6,4%. L'essai 1 est effectué en utilisant de la pyrite comme ingrédient formeur de matte et de la chaux comme fondant. L'essai 2 est effectué en utilisant une combinaison de gypse et de charbon bitumeux pour simuler lé traitement selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.155.492 précité. L'essai 3 est effectué en utilisant du gypse et du fer métallique en poudre comme additifs. L'essai 4 est un essai similaire à l'essai 3 mais en utilisant un peu moins de fer et en ajoutant de la chaux comme fondant pour améliorer la fluidité du bain. Les résultats de ces essais sont donnés par le Tableau II ci-annexé. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne une série de quatre essais effectués en utilisant les additifs correspondant à ceux de l'exemple 1, à 1300°C, mais pendant 3 heures. Les résultats sont donnés par le Tableau III ci-annexé. EXEMPLE 3 Cet-exemple concerne une autre série de quatre essais à 1300°C, comme pour les exemples précédents, mais en utilisant des ingrédients contenant du soufre en excès et avec une durée de fusion scorifiante de 2 heures. Les résultats de ces essais sont donnés par le Tableau IV ci-annexé. Les Tableaux II à IV montrent que la fusion scorifiante de la chal-cocite en utilisant les additifs selon la présente invention, est non seulement équivalente, mais sous la plupart des rapports supérieure aux fusions scori-fiantes suivant les techniques antérieures. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. Par exemple, bien que l'invention soit décrite ci-dessus en considérant les minerais de cuivre à faible teneur en soufre, tels que la chal-cocite, l'invention peut aussi être utilisée dans le cas d'autres sulfures de cuivre et de minerais en oxydes. 69 17434 5 2009519 REVENDICATIONS 1 - Un procédé pour la fusion scorifiante des minerais de cuivre caractérisé par le mélange avec le minerai, le sulfate de calcium et le fer métallique et le traitement de ce mélange à une température de 1200°C à 1500°C. 5 2 - Le procédé de fusion scorifiante selon la revendication 1 caractérisé en ce que le minerai est un sulfure de cuivre. 3 - Le procédé de fusion scorifiante selon la revendication 2 caractérisé en ce que le sulfure est de la chalcocite. 4 - Le procédé de fusion scorifiante selon la revendication 3 10 caractérisé par l'addition comme fondant d'un élément choisi dans le groupe constitué par CaO et la pierre à chaux. 5 - Le procédé de fusion scorifiante selon la revendication 3 caractérisé en ce que les additifs sont ajoutés en proportions voulues pour produire une charge pour fusion scorifiante ayant pour composition en poids 15 13 à 167. de Cu, 4 à 107» de Fe, 4 à 127. de S, 14 à 167. de CaO, 9 à 127. de et 29 à 347. de SiO^ et en ce qu'un élément du groupe constitué par CaO et la pierre à chaux est ajouté si nécessaire, pour répondre à cette composition. 6 -. Le procédé de fusion scorifiante selon la revendication 5 20 caractérisé en ce que la fusion scorifiante est effectuée à une température comprise entre 1300°C et 1400°C. 7 - Le procédé de fusion scorifiante selon la revendication 6 caractérisé en ce que la fusion scorifiante est effectuée en 2 à 3 heures.