Qu'est-ce qui est impliqué dans la fonte du minerai?
La fusion du minerai est un processus dans lequel les roches contenant des métaux sous forme minérale sont chauffées, souvent avec l'ajout d'autres produits chimiques ou de gaz, afin de séparer le métal natif pour une utilisation et un traitement ultérieurs. On pense que le cuivre et l'argent ont été les tous premiers métaux jamais fondus par l'humanité, et les origines du processus remontent à des milliers d'années jusqu'à l'aube de la civilisation. La fusion précoce de minerais à base d'oxydes tels que le fer impliquait l'introduction de carbone dans le four de fusion sous forme de charbon de bois, le carbone se liant à l'oxygène dans le minerai à des températures élevées et libérant le métal de base. De nombreux premiers âges de l'avancement de la civilisation sont nommés d'après la technologie de fusion commune de l'époque, ou son absence, telle que l'âge de pierre, l'âge de bronze et l'âge de fer.
Un four de fusion contemporain est généralement une grande chambre de réacteur en acier traité thermiquement revêtue de carbone et souvent appelée cellule de réduction. La chambre est chauffée jusqu'au point de fusion du métal et réagit avec les produits chimiques qui se lient à ses agents oxydants. Le métal est évacué et les déchets solides, appelés scories, sont stockés pour une élimination sans danger. On sait que les techniques de fusion polluent fortement l’environnement, car elles peuvent créer des eaux usées et des contaminants de métaux lourds tels que l’arsenic, le cadmium et le mercure, qui polluent les cours d’eau locaux.
Une plainte commune à propos de la fonte du minerai est que l'équipement crée également une pollution atmosphérique dangereuse menant aux pluies acides. Risque d'endommager l'atmosphère sous forme de brouillard d'acide sulfurique, la fusion de sulfures métalliques provoque l'émission de dioxyde de soufre qui réagit avec l'atmosphère. Un exemple de ceci est le sulfure de cuivre, CuFeS 2 , qui est fondu à peu près de la même manière qu'il y a des siècles. Les pluies acides sont non seulement nocives pour les populations humaines et animales, mais elles peuvent également augmenter le niveau d’acidité du sol, car la plupart des plantes ne peuvent pas prospérer dans des environnements très acides. Les outils de fusion modernes impliquent désormais l’utilisation de précipitateurs électrostatiques servant d’épurateurs d’air pour réduire les émissions, ainsi que le recyclage des eaux usées fondues dans le processus au lieu de les rejeter dans l’environnement.
Une méthode plus récente de fusion du minerai implique ce que l'on appelle un four à combustion instantanée, qui sert à fondre n'importe quoi, du cuivre à l'étain ou à l'aluminium. Il s'agit davantage d'un système environnemental fermé que les fonderies traditionnelles et largement exothermique, où la fonderie génère de la chaleur par des réactions chimiques plutôt que par des sources extérieures. Le minerai de fonte d’alumine est transformé de cette manière en aluminium dans une cellule de réaction fonctionnant à des températures comprises entre 1 778 et 2 102 ° F (970 et 1 150 ° Celsius). La cellule de réaction est également chargée électriquement, ce qui aide à éliminer les impuretés et fait réagir l'alumine avec du carbone pour former de l'aluminium et du dioxyde de carbone.
Le four à combustion instantanée tire son nom du processus de fusion du minerai dans lequel les oxydes de soufre contenus dans le minerai sont convertis instantanément en dioxyde de soufre gazeux. Ce gaz est aspiré par de nouveaux types d’outils de fusion dans le four, stocké et vendu pour d’autres utilisations industrielles. Bien que cela accroisse la sécurité de la fusion, la conversion des fours de frittage et de conception de hauts fourneaux pour la fusion du minerai à l'ancienne au four à combustion instantanée n'a commencé à se faire qu'au milieu des années 90. La pollution est toujours un problème majeur dans l’industrie de la fonderie, et les terres entourant les fonderies sont traditionnellement des terres incultes où rien n’est naturel de prospérer.