Extraction et métallurgie du cuivre

Le cuivre n'est présent dans l'écorce terrestre qu'à la concentration moyenne de 55 parties par million. II n'existe plus dans la nature à l'état natif, comme dans l'antiquité. II se présente sous forme de sels contenant 30 à 90 % de cuivre, eux-mêmes mélangés aux stériles et quelquefois à d'autres métaux, dont certains peuvent être plus rares que le cuivre, comme l'or et l'argent. Un minerai est considéré comme riche à partir de 1,8 % de cuivre pur. Selon la forme des gisements et leur profondeur, il existe 2 types d'exploitation :

- Les mines à ciel ouvert.
- Les mines souterraines.

L'exploitation à ciel ouvert a lieu lorsque les gisements sont relativement proches de la surface du sol, de façon à ce que les travaux d'excavation et de terrassement puissent se faire dans des conditions économiquement rentables.


Dioptase

Pyrite octaédrique


Azurite

Cuivre Natif

A titre d'exemple, dans la mine à ciel ouvert de Chuquicamata au Chili, le rapport déchets-minerais est de 3 à 1. Lorsque le pourcentage de déchets est trop élevé ou lorsque la typologie du terrain ou les conditions climatiques sont défavorables, il devient opportun de creuser des mines souterraines.
A la surface du globe, les minerais de cuivre se présentent généralement sous 2 formes :

- Les minerais sulfurés
- Les minerais 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 ont une origine géologique profonde et proviennent de la cristallisation à l'abri de l'air de composés sulfurés de cuivre et d'autres métaux. Ils sont souvent appelés minerais primaires.

Les minerais sulfurés sont les plus répandus et représentent plus de 80 % de la production mondiale. Ces minerais sont très nombreux. Les espèces minéralogiques les plus courantes sont :

- la chalchopyrite CuFeS2
- la chalchosine Cu2S
- la covelline CuS
- la bornite Cu5FeS4
- l'énargite Cu3AsS4.

Ces différents minerais se trouvent assez souvent mélangés et leurs teneurs moyennes en cuivre varient généralement de 0,7 à 2%. Les minerais oxydés sont des carbonates complexes ayant subi une oxydation par l'eau et l'air au cours des âges.
On rencontre les principales formes suivantes :

- malachite Cu2CO3 (OH)2
- cuprite Cu2O
- azurite Cu3 (Co3)2 (OH)2
- dioptase CuO3 H2O

dont les teneurs sont d'environ 1 à 2 %.

II faut mentionner pour mémoire que les nodules polymétalliques présents sur les fonds de certains océans contiennent du cuivre à côté de nickel, cobalt, et manganèse. Mais de difficiles problèmes juridiques et techniques sont encore à résoudre avant de pouvoir les exploiter.