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Les sept métaux sont les métaux connus, et reconnus comme tels, de l'antiquité jusqu'à la Renaissance. Ils sont mis en correspondance par les pensées astrologique et alchimique avec les sept “planètes” (Le Soleil, la Lune, et les cinq planètes observables à l'œil nu), elles-mêmes associées aux dieux du panthéon gréco-romain. Au terme de diverses variations ces correspondances sont Soleil/or, Lune/argent, Mercure/mercure (ou vif-argent), Vénus/cuivre, Mars/fer, Saturne/plomb, Jupiter/étain.(source)
Casque-perruque en alliage naturel d'or et d'argent, porté par le roi d'Our (Mésopotamie) (ver 2450 av JC).
Un des plus vieil objet en or en Bulgarie actuelle a été mis au jour dans la nécropole de Varna. Il est daté du milieu du Ve millénaire av. J.-C. En dehors de l'Égypte et du Moyen-Orient qui l'impose précocement dans un rôle monétaire, l'Homme utilise l'or de façon significativement importante en Europe l'or depuis le IIIe millénaire av. J.-C., les tombes collectives révèlent des pièces d'orfèvrerie ouvragées, sous forme d'enroulement, de perles annulaires et de fils d'or, autant de probables reliquats d'objets luxueux.
L'or trouve des applications industrielles en odontologie et en électronique, en raison de sa très bonne tenue face à la corrosion et de son excellente conductivité électrique, mais sa principale utilisation demeure la thésaurisation. Les banques centrales du monde cumulaient ainsi 27 113 tonnes d'or en juin 20107, dont près de 40 % détenus dans la zone euro et 30 % par les États-Unis (la Chine ayant exprimé son intention de porter ses réserves à 5 000 t8), tandis qu'environ 15 000 tonnes d'or seraient détenues au titre de l'épargne privée en Inde (source).
Le solidus est le nom donné à la monnaie romaine d'or au début du IVe siècle. Cette monnaie connut une exceptionnelle stabilité qu'elle conserva à Byzance jusqu'au XIe siècle et devint la base du système monétaire du Bas Empire puis de l'empire byzantin.
L’étalon-or (en anglais : Gold Standard) est un système monétaire dans lequel l'unité de compte ou étalon monétaire correspond à un poids fixe d'or. L'or possède plusieurs caractéristiques intéressantes pour en faire un étalon monétaire : il est rare (la quantité totale d'or est stable dans le temps), durable, fongible (interchangeable), et facilement identifiable par sa couleur, sa densité, sa ductilité et ses propriétés acoustiques. Les marchands et négociants en ont fait une unité de compte courante depuis l'Antiquité, ainsi qu'un instrument de réserve de valeur (source).
L'or se trouve principalement sous forme de métal natif, généralement allié à un degré plus ou moins élevé avec de l'argent (électrum) ou parfois amalgamé avec du mercure. L’or natif peut se trouver sous la forme de pépites de taille importante, sous forme de grains fins ou de flocons dans les dépôts alluviaux ou sous forme de grains ou de particules microscopiques incorporés dans d'autres roches. Les minerais où l'or se combine chimique avec d'autres éléments sont relativement rares. Ils comprennent la calavérite, la sylvanite, la nagyagite, la petzite et la krennerite.
Des mines d'or existent depuis plus de 2 000 ans, mais cette industrie ou artisanat s'est fortement développé depuis le XIXe siècle avec ce qu'on a appelé la fièvre de l'or et les ruées vers l'or, et la demande en or reste élevée (de la part du secteur de la bijouterie, d'abord, mais aussi de la part de l'industrie et du monde des banques et de la finance (l'or est toujours considéré comme un placement qui rapporte peu, mais qui reste sûr en temps de crise). Certaines des techniques modernes d'exploitation ont des effets graves sur l'environnement et potentiellement sur la santé publique (santé des ouvriers ou santé des populations périphériques, Amérindiens autochtones en Guyane et au Surinam par exemple). Une part de l'exploitation aurifère est illégale (et donc mal mesurée). Elle alimente des systèmes mafieux de contrebande d'or, mais aussi de mercure pour son exploitation. Voir à Madagascar et au Congo.
L’extraction de l’or se fait dans des champs de minerais. Il existe trois principaux procédés pour extraire ce métal si cher et si rare : la gravitation, l’amalgamation, la cyanuration. Il faut savoir aussi que chacune de ces méthodes a ses propres points négatifs mais aussi positifs (source).
Le raffinage de l’or aboutit à l’obtention d’or de très belle pureté : du 24 carats, soit 999,99 millièmes. Pour ce faire, on recueille des minerais ou des déchets d’or dans diverses structures à l’instar des productions de métaux précieux (or, argent, platine), des déchèteries de l’industrie, des organismes de recyclage, etc. La matière première est traitée grâce au procédé de chloration Miller. Cette opération pyrometallurgique permet de produire de l’or à un degré de pureté équivalent à 995 millièmes. La matière est alors chauffée en creusets jusqu’à sa fonte. Elle est ensuite exposée au gaz de chlore. Ce dernier est capable de se lier avec l’argent et les autres impuretés pour la formation de chlorures (qui remontent à la surface). À l’inverse, le chlore ne se lie pas avec l’or. Ce qui permet de le dégager du groupe et d’obtenir de l’or pur à 99,5%. La deuxième étape consiste à coulé l’or pur 995 millièmes en anodes. Grâce à une solution d’électrolyte, à travers laquelle passe un courant électrique de l’anode à la cathode, les anodes se dissolvent, libérant ainsi l’or fin dans les cathodes. Ces dernières, recouvertes d’or, sont ensuite fondues. On obtient ainsi de l’or d’une extrême pureté à 999,99 millièmes (source).
Alors que des objets en cuivre datant de 8700 av. J.-C. ont été retrouvés au Moyen-Orient, ou en Europe occidentale, l'âge du cuivre ou Chalcolithique, s'étend de 3 200 à 2 000 av. J.-C., suivant les régions (Italie, Suisse, Alpes, Cévennes, Espagne et Portugal). Le cuivre fut avec l'or, le premier métal utilisé par l'Homme, qui l'a trouvé sous une forme native, souvent dans des régions accidentées naturellement, d'où la multiplication des petites mines, desquelles quelques grands sites se dégagent dès la fin du Moyen Âge, en Suède, au Tyrol, en Saxe et en Hongrie. Recueilli en faibles quantités, le cuivre natif est martelé puis fondu et moulé à 1 000 °C environ, pour des pièces de taille modeste, comme des poignards à soie et alênes. Très utilisé car facile à transformer, ce métal va peu à peu subir la concurrence du fer, avant d'être réhabilité par le développement au début du XXe siècle de l'électricité et du téléphone, fournis par des gisements au Chili, en Zambie, en République démocratique du Congo et en Indonésie.
Le cuivre est présent dans l'écorce terrestre à la concentration de 55ppm environ. II n'existe plus à l'état natif, comme dans l'antiquité mais sous forme de sels contenant 30 à 90 % de cuivre, mélangés à d'autres métaux comme l'or et l'argent parfois Les minerais se présentent sous 2 formes : sulfurés ou oxydés. Cette différenciation définit le processus à suivre pour l'obtention du cuivre pur : pyrométallurgie pour les minerais sulfurés, hydrométallurgie pour les minerais oxydés. Les minerais sulfurés sont les plus répandus et représentent plus de 80 % de la production mondiale. L'extraction a un impact important sur l'environnement. Le volume important des déchets est inévitable, il faut environ 1 tonne de minerai pour produire 1 kg de cuivre.
La mine de Chuquicamata est la plus grande mine à ciel ouvert du monde. Large de 2 km sur 3 km de long, elle s’enfonce à plus de 700 m de profondeur. Son minerai, très prisé, est le plus riche en cuivre de la planète. Malheureusement, il contient aussi une teneur élevée en sulfate. Cet élément toxique se retrouve dans les nuages de poussière libérés par le ballet incessant des camions et par les explosions servant à détacher le minerai des parois du puits. Les ouvriers respirent ces particules sulfurées à longueur de journée et, même s’ils n’ont pas le droit de travailler plus de trois ans dans la mine, ils prennent le risque d’être atteints plus tard d’un cancer des poumons. Les autres habitants de la région ne sont pas épargnés par cette pollution. On note un nombre élevé des maladies respiratoires dans la ville voisine de Chuquicamata. Dans les pays en développement, 500 000 personnes meurent chaque année du fait de la concentration élevée de particules en suspension et de dioxyde de soufre (SO2) dans l’atmosphère (source). D'autres problèmes concernent les mines au Congo ou en Zambie.
Après le traitement du minerai : tamisage, concassage, broyage, triage, enrichissement par flottation, décantation et séchage on obtient un concentré et on passe à la métallurgie proprement dite (voir une image de tout le processus). Le matériau est coulé en anodes dans un carrousel de moules.
Les anodes sont placées dans les cuves d'électro-extraction, appelées cellules d'électrolyse. Les cathodes de cuivre sont revêtues de cuivre pur et extraites par levage de la cellule.
Les barres sont obtenues par filage à la presse d'une billette cylindrique portée au rouge. Sous l'action de la pression, le métal est forcé à travers une filière qui lui donne la forme voulue L'industrie des fils et câbles représente environ la moitié de la consommation française de cuivre, soit environ 200 000 tonnes. Ils sont fabriqués par un laminage suivi de tréfilage.
Le cuivre est un élément recyclable à l'infini sans perte de propriétés physiques électriques et mécaniques. De plus à l'instar de l'aluminium, la production de la matière première secondaire requiert beaucoup moins d'énergie que celle nécessaire à la production de cuivre primaire issu de l'extraction (voir une cuivre-recylage-infographie.jpg).
Sources : Extraction et métallurgie du cuivre, Métallurgie du cuivre, Histoire de la production du cuivre, …
L’argent est un métal précieux — alors parfois appelé argent métallique ou plus simplement argent métal — dont le nom désigne aussi en français dans le langage courant les pièces et billets de monnaie. Les systèmes financiers et donc monétaires sont longtemps placés entre deux étalons, l'or et l'argent, ce dernier cédant du terrain au début du XIXe siècle pour redevenir un métal stratégique au début du XXe siècle car de nouvelles industries se mettent à utiliser massivement l'argent (automobile, photographie, cinématographie, radiographie, optique, électronique, chimie et pharmacie, etc (Argent, https://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_des_mines_d%27argent[Mines d'argent)
La teneur de l'écorce terrestre est d’environ 0,1 ppm, partie par million soit 1 gramme par tonne d’écorce terrestre ce qui paraît énorme ! Environ 50 % de la production mondiale provient des mines de plomb (galène), 25 % de mines de cuivre et 15 % de mines d'or. Seulement 17 % vient de mines exclusivement d'argent. Il est récupéré depuis l'Antiquité, parfois intensément au Moyen-âge des minerais de galène argentifère. Leur exploitation est source de pollution de l'environnement et cause fréquente de saturnisme (source).
Mine de Potosí (Bolivie)
Ville fondée en 1545 pour exploiter la mine proche et financer l'Espagne, pendant 300 ans, au prix de conditions de travail terribles (8 millions de morts).
Les mineurs utilisent le pic, le burin et le marteau, ils recourent à la taille au feu en roche très dure. Au XVIIe siècle, apparaît la poudre noire, explosif à base de charbon, salpêtre et soufre, puis, à partir de 1860 la perforation mécanique. Le transport se fait à dos d’homme, à la brouette puis par roulage ou treuillage.
L'aérage se fait par des puits et on utilise les courants d'air qui se créent entre l'intérieur et la surface. Les eaux d'infiltration sont canalisées, pompées mais demeurent un problème.
Le minerai doit subir un traitement préalable appelé minéralurgie : trier et enrichir le minerai, voire séparer les différents minerais. Tri à la main, concassage sur des enclumes en pierre, lavage sur des plans inclinés en bois furent le lot des travailleurs jusqu’aux machines du XIXe. Au XXe de nouveaux modes d'enrichissement par voie chimique : la flottation, la cyanuration, etc. apparaissent (source).
La récupération de l’argent à partir des déchets solides ou liquides est toujours complexe et doit être adaptée à chaque secteur d’activité. Le taux de recyclage de l’argent est seulement de 20 % en moyenne (source).
Tuyau de plomb romain (source)
Le plomb - relativement abondant dans la croûte terrestre - est l'un des métaux les plus anciennement connus et travaillés. On en a trouvé dans des pigments recouvrant des tombes ou dépouilles préhistoriques (40 000 ans av. J.-C.), mais aussi des objets. En dépit de sa haute toxicité, et grâce probablement à sa facilité d'extraction, à sa grande malléabilité et à son bas point de fusion, il a été fréquemment utilisé lors de l'âge du bronze, durci par de l'antimoine et de l'arsenic trouvés sur les mêmes sites miniers. Le plomb nécessaire était extrait en grande quantité à l'époque romaine, comme sous-produit des mines de plomb argentifère, notamment dans les mines de Bétique et de Bretagne.
Le plomb compte avec le mercure et le cadmium parmi les 3 contaminants les plus toxiques et fréquents de notre environnement. Au Moyen Âge, les alchimistes croyaient que le plomb était le métal le plus ancien (et le plus froid) et l'associaient à la planète Saturne. C'est pourquoi l'intoxication au plomb est dite saturnisme.Sa toxicité était connue des médecins et mineurs (esclaves et prisonniers souvent) de l'antiquité. Les Romains l'utilisaient sous forme d'acétate de plomb pour conserver et sucrer leur vin, et s’étaient rendu compte que les gros buveurs, donc de la classe aristocratique, souffraient d’intoxication. Voir les intoxications au plomb.
Le plomb natif et pur est rare. On l'extrait actuellement de minerai associé au zinc (la blende), à l'argent et (le plus abondamment) au cuivre. La principale source minérale est la galène (PbS) qui en contient 86,6 % en masse. D'autres variétés communes sont la cérusite (PbCO3) et l'anglésite (PbSO4). Aujourd'hui, le recyclage permet d'en récupérer une grande part. La plupart des minerais contiennent moins de 10 % de plomb. Les minerais qui contiennent moins de 3 % de plomb ne peuvent pas être exploités économiquement. Le minerai extrait du sol est concentré par gravimétrie et flottation, puis dirigé vers une usine métallurgique (fonderie). Les plus grands gisements sont aux États-Unis, en Australie, en CEI et au Canada. En Europe, la Suède et la Pologne possèdent la plupart des gisements (source).
À la fonderie, le minerai est tout d'abord « grillé » pour oxyder le sulfure et obtenir de l'oxyde de plomb ; le soufre est éliminé sous forme de dioxyde gazeux SO2, transformé et valorisé en acide sulfurique. Le minerai grillé est alors introduit, avec du coke, dans un four à la base duquel on souffle de l'air. La réaction de l'oxygène de l'air avec le coke donne du CO, qui réduit l'oxyde de plomb, donnant ainsi le plomb métallique liquide et du CO2.
À la base du four s'écoulent d'une part le plomb liquide, d'autre part une scorie qui est généralement granulée à l'eau avant d'être mise en décharge.
Le plomb recueilli à ce stade est appelé « plomb d'œuvre » ; il contient encore des impuretés (cuivre, argent, bismuth, antimoine, arsenic, etc.) qu'il faut éliminer. Ce raffinage du plomb, encore liquide, se fait dans des cuves, par refroidissement et ajout de divers réactifs (soufre, oxygène, zinc pour capturer l'argent, etc.).
Le plomb montre le taux de recyclage le plus élevé de tous les matériaux communément utilisés aujourd’hui. Ce résultat est dû à ses propriétés fondamentales et à ses utilisations qui rendent les produits à base de plomb facilement identifiables et économiques à collecter et à recycler. En conséquence, plus de la moitié du plomb produit et utilisé chaque année à travers le monde a été précédemment utilisé dans d’autres produits. Plus important encore, le plomb étant un élément naturel, la qualité du plomb recyclé est identique au métal primaire issu de l’extraction (source).
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Autres métaux : Platine, Nickel, Cobalt, Chrome, Bismuth, Antimoine
Sources : Les métaux dans la vie quotidienne, Les métaux dans notre quotidien, Vidéo [Cours 3e] Les métaux