Le Nickel/MÉTALLURGIE DU NICKEL

Henri Moissan et Léon Victor René Ouvrard

Gauthier-Villars et fils, Masson et C^ie, 1896 (p. 56-117).

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MÉTALLURGIE DU NICKEL

Nous venons de voir la complexité des minerais de nickel : il doit en résulter naturellement des différences assez grandes dans les procédés d’extraction du métal.

Cependant, on peut ramener les minemis de nickel à trois groupes principaux, selon que le métal est combiné soit à l’arsenic, soit au soufre, soit à l’oxygène.

Nous aurons donc trois grandes divisions dans les modes d’extraction, suivant que l’on aura affaire :

1° aux minerais arséniés,

2° aux minerais sulfurés,

3° aux minerais oxydés.

Étudions successivement ces lrois procédés, en examinant d’abord sur quels principes ils reposent.

Si l’on part, par exemple, d’un minerai contenant 5 % de nickel, souvent même beaucoup moins, et 95 % de cuivre, de fer, de soufre, d’arsenic, de silice, etc., non seulement on ne saurait enlever tous ces corps étrangers d’une seule opération, mais même on ne connaît pas de procédé qui permette de transformer, d’un seul coup, ce minerai complexe en un autre plus simple, pouvant être traité par une seule réduction.

Ainsi, supposons que par un grillage poussé suffisamment loin, nous arrivions à éliminer complètement le soufre et l’arsenic, dans cette opération nous aurions oxydé en totalité le fer, le nickel et le cuivre, et nous ne pourrions réduire l’oxyde de nickel sans obtenir un métal contenant du fer et du cuivre.

Si, maintenant, on cherche à modérer l’action réductrice, une grande partie du nickel reste dans la scorie.

Le principe à suivre sera donc, par une série d’opérations successives, de grillages partiels suivis de fusions semi-réductrices, d’enrichir en nickel la matière première, en la débarrassant, le plus complètement possible, de certaines impuretés particulièrement gênantes et à transformer : les minerais arséniés de nickel en speiss, ne contenant plus que du nickel et du cobalt avec de l’arsenic, et de minimes quantités des autres corps ; les minerais sulfurés en mattes qui, elles, ne contiendront plus que du nickel, du cuivre et du soufre.

Ces opérations préliminaires, assez compliquées en pratique, ainsi que nous le verrons plus loin, et qui consistent à transformer les minerais arséniés et sulfurés de nickel, en speiss et en mattes, portent le nom de concentration.

Un dernier grillage permet alors de transformer les speiss et mattes en oxydes, que l’on traite par la méthode des minerais oxydés.

Nous serons donc amenés à décrire cette méthode en dernier lieu.

I. TRAITEMENT DES MINERAIS ARSÉNIÉS

Avant de procéder à un traitement quelconque d’un minerai, il faut d’abord le trier avec soin, de manière à éliminer le plus possible la gangue, et à séparer les morceaux trop volumineux qui devront être soumis au concassage.

Il est même souvent utile de soumettre les trop gros blocs à un grillage de quelques heures, pour faciliter leur écrasement que l’on effectue ensuite, après refroidissement, dans un broyeur quelconque, de manière à amener les morceaux à la grosseur convenable pour le traitement ultérieur, c’est-à-dire de 2 ou 3 centimètres de diamètre environ.

Concentration du minerai. — Nous avons dit que la concentration des minerais arséniés consistait essentiellement en une suite de grillages et de fusions successives, ayant pour but d’éliminer une partie de l’arsenic et des impuretés, et de transformer la masse en un arséniure riche en nickel, contenant encore un peu de cuivre, de fer et de soufre, et qu’on appelle speiss.

Cette concentration peut être effectuée de deux façons différentes, que nous allons examiner successivement :

1° par grillages,

2° par le convertisseur.

Concentration par grillages. — Il importe dans ce traitement des minerais arséniés d’éviter de transformer les composés de nickel en silicates, ce qui pourrait arriver si, par un grillage excessif, on transformait, une quantité notable d’arséniure de nickel en oxyde, que la fusion suivante en présence de silice transformait en silicate.

M. Badoureau a indiqué dans les Annales des Mines la façon dont le traitement des minerais arséniés s’effectue à l’usine de Schladming. Nous suivrons sa description.

Le minerai, mêlé à une certaine quantité de charbon de bois destiné à entretenir la combustion, est d’abord grillé dans des stalles en maçonnerie, où on l’a placé sur une couche de bois assez épaisse. La combustion, pour 20 tonnes de minerai, dure huit jours.

Ce grillage dégage de grandes quantités d’acide arsénieux, d’acide sulfureux, et m^me on trouve du sulfure d’arsenic qui a distillé à la partie supérieure, et que l’on recueille par des appareils de condensation appropriés.

Le minerai, ayant perdu par le grillage 10 à 12 % de son poids, est soumis à une première fusion en présence de 20 % de silice.

Une partie notable du fer qui s’était oxydée, sera transformée par la fusion en silicate, se séparant du reste à l’état de scorie. Il faut éviter dans le grillage de pousser trop loin l’oxydation, parce que la fusion suivante transformerait le nickel en silicate, qui n’abandonne pas son nickel par fusion en présence d’arsenic, tandis qu’au contraire l’arséniure de nickel peut être fondu impunément en présence de silice.

La fusion s’effectue dans un four à cuve, alimenté constamment d’un mélange de minerai grillé additionné de 20% de charbon de bois. Une tuyère, placée à la partie inférieure, détermine une température suffisante pour la fusion du minerai et pour permettre la séparation de la scorie, qui s’échappe d’une façon continue à la partie supérieure du creuset, pendant que le speiss se rassemble au fond, d’où le fait de sortir par un trou de coulée, et se rendre dans des bassins où il prend la forme de disques.

Le minerai grillé donne ainsi 28 à 30% de speiss premier. En partant d’un minerai contenant 11 % de nickel, on obtient un speiss premier dont la composition moyenne est la suivante :

Nickel	46
Cobalt	04
Fer	08
Cuivre	01
Arsenic	33
Soufre	01
Scories	01

Deuxième grillage et deuxième fusion. — Le speiss premier va être soumis aux mêmes opérations que le minerai primitif, c’est-à-dire concassé, puis grillé, mais cette fois dans un four à réverbère. À Schladming, le chauffage se fait au bois.

Il se dégage surtout dans cette opération, dans laquelle l’oxydation doit être ménagée, de l’acide arsénieux.

Le speiss premier grillé, est soumis à une deuxième fusion, effectuée exactement dans les mêmes conditions et dans le même appareil que la première, en perdant 20 % de son poids.

On obtient ainsi un speiss deuxième, dont la composition se rapproche de la suivante :

Nickel	54,0
Cobalt	05,0
Cuivre	01,5
Fer	04,0
Arsenic	34,5
Soufre	01,0

Troisième grillage et affinage. — Enfin, le speiss troisième est grillé comme le speiss deuxième, puis soumis à une deuxième fusion qui est en même temps un affinage.

Cette fusion est effectuée dans un four à réverbère, dit four hongrois, muni de deux tuyères qui débouchent sur la sole.

Quand le speiss est fondu, on l’affine par un courant d’air énergique, en même temps que l’on scorifie le fer par addition d’un mélange de silice et de carbonate de soude.

Cette opération, qui demande en général vingt-quatre heures, permet d’obtenir un speiss concentré, ou speiss riche, renfermant :

Nickel	62
Cobalt	07
Cuivre	02
Arsenic	27
Fer	02

Avec un minerai pauvre contenant 4 à 5 % de nickel, on obtiendrait de même un speiss concentré à 50 % de nickel.

Concentration au convertisseur. — Le procédé que nous venons d’indiquer est long et coûteux, à cause de la main-d’œuvre et du combustible. Il n’est guère employé que dans les pays où ce dernier se trouve sur place à bas prix et où les transports sont difficiles.

Aussi a-t-on cherché à appliquer aux minerais de nickel le traitement qui avait si bien réussi à M. Manhès pour les minerais de cuivre.

Ce procédé a d’abord été appliqué, ainsi que nous le verrons plus tard, aux minerais sulfurés, mais on l’emploie également pour les minerais arséniés et en suivant le même mode opératoire que pour les premiers. Pour ne pas me répéter, nous ne décrirons pas ce procédé pour l’instant, mais nous le développerons un peu plus loin avec détails, quand nous parlerons du traitement des minerais sulfurés.

Traitement du speiss. — Le speiss riche, ayant été obtenu par l’une ou l’autre des méthodes que nous venons d’indiquer, est ensuite traité pour en extraire le nickel, de la façon suivante :

Après l’avoir finement concassé, on le grille à fond, sur la sole d’un four à réverbère, puis on ajoute un peu de poussier de charbon de bois, et on continue le grillage, pendant quelques heures en ajoutant, en trois fois, 10 % d’un mélange à parties égales de nitre et de carbonate de soude.

On fait ainsi passer tous les métaux à l’état d’oxydes, en transformant l’arsenic en arséniates alcalins.

La masse refroidie, est concassée et soumise à des lessivages, destinés à enlever les arséniates de soude et de potasse.

Il reste un résidu noir, composé surtout d’oxyde de nickel, avec un peu d’oxydes de cobalt, de fer, de cuivre.

Ce résidu, bien lavé, est dissous à l’ébullition dans l’acide chlorhydrique étendu d’eau : il reste une petite quantité de matière noire insoluble. On fait alors passer dans la liqueur claire un courant d’hydrogène sulfuré, pour précipiter le cuivre, et l’arsenic s’il en reste un peu ayant échappé à l’oxydation.

Dans le liquide décanté, on dose le fer, et l’on ajoute une quantité calculée de chlorure de chaux de façon à peroxyder tout le fer, que l’on précipite par addition de carbonate de chaux. Après s’être débarrassé ainsi du fer, on peroxyde de même le cobalt et on le précipite de la même façon. Enfin, dans la liqueur qui ne contient plus en fait de métaux lourds que du nickel, on précipite ce dernier par un lait de chaux.

Nous reviendrons d’ailleurs sur ce traitement final, à propos des minerais sulfurés.

II. TRAITEMENT DES MINERAIS SULFURÉS

Les difficultés que nous avons signalées à propos du traitement des minerais arséniés, se rencontrent également pour les minerais sulfurés. On se trouve en présence d’une matière première contenant peu de nickel, ou de cobalt, mais beaucoup de fer, avec du cuivre et du soufre.

Il faut, par une série de grillages ménagés, suivis de fusions en présence de matières siliceuses, faire passer tout le fer dans la scorie à l’état de silicate, tandis que le nickel reste avec le cobalt et le cuivre à l’état de sulfures, plus ou moins mêlés d’oxydes.

On obtient ainsi des mattes, analogues aux speiss résultant du traitement des minerais arséniés, et qui servent de point de départ pour le traitement définitif.

Le traitement des minerais sulfurés de nickel étant beaucoup plus important que celui des minerais arséniés, nous nous y étendrons davantage.

Concentration par grillages. — Le minerai que l’on emploie le plus fréquemment est une pyrite contenant de 1 à 3 % de nickel.

Le premier grillage s’effectue en tas, ou en stalles. Le grillage en tas, qui tend à être de moins en moins employé, est réalisé d’une façon très simple. On place le minerai sur un lit de fagots, disposés sur une aire plane ; on forme ainsi une pyramide, contenant jusqu’à 300 tonnes de minerai, dans laquelle la combustion est activée par des évents.

Dans ce procédé très primitif, l’oxydation, qui dure de six semaines à deux mois, est très inégale. De plus, on perd presque tout le soufre, et l’on cause de grands dommages aux environs.

Au Canada, où l’on opère dans une région inculte, et peu peuplée, le grillage se fait exclusivement en tas, au moyen du bois fourni en abondance par les forêts voisines.

On fait des tas de 5 à 600 tonnes, dont le grillage dure deux mois, en répandant des quantités d’acide sulfureux. Généralement, on dispose deux tas à 2 mètres l’un de l’autre, puis, lorsque la combustion est à moitié terminée, on garnit l’intervalle qui les sépare d’une couche de fagots, et l’on charge un nouveau tas entre les deux premiers. Ce tas supplémentaire, d’un volume moindre que les premiers, se grille en même temps qu’eux, et permet de diminuer d’un tiers la surface de grillage pour un poids donné, en même temps qu’elle achève la combustion du minerai sur les faces en contact.

Cette méthode est désignée sous le nom de grillage en V.

En Europe, on a toujours recours au grillage en cases ou en stalles.

Ce sont généralement des chambres en maçonneries, où l’on dispose le minerai et le combustible par couches successives, à peu près comme dans le grillage en tas.

Mais ici, on a la ressource de régler le tirage et l’on peut recueillir les produits de la combustion, ou tout au moins s’en débarrasser sans incommoder le voisinage. La combustion est aussi beaucoup plus régulière.

Le premier grillage est suivi d’une première fusion, effectuée dans un four à cuve, formé de deux troncs de cône assemblés par leur base. Pour cela, le produit du premier grillage est concassé, additionné de 10 % de scories, et de 20 à 25 % de substances siliceuses, telles que quartz, argile. Puis, le four étant porté au rouge, on y charge, d’une façon continue, le mélange précédent mêlé à 15 ou 20 % de coke.

La matte, surmontée de scorie, se rassemble au fond du creuset, on l’évacue de temps en temps, par un trou de coulée, dans un bassin, pendant qu’on enlève la scorie qui surnage.

À Sudbury, la fusion du minerai s’effectue dans un four à circulation extérieure d’eau froide, du système dit water-jacket, en tôle d’acier, avec briques réfractaires dans le fond. Un dôme en tôle, garni de briques, conduit les fumées à une chambre à poussières, avant de passer à la cheminée.

Une rangée de tuyères permet d’obtenir la température nécessaire à la fusion de la matte et de la scorie, qui sont reçues dans un avant-creuset en relation avec le four.

On obtient de cette façon des mattes contenant de 18 à 20 % de cuivre et 24 à 26 % de nickel.

Affinage. — On a préparé ainsi une matte première, que l’on va soumettre aux mêmes opérations que le minerai primitif, c’est-à-dire au broyage, suivi d’un grillage et d’une fusion.

Le grillage de la matte première s’effectue soit dans des stalles, comme pour le minerai, soit plutôt dans des fours à réverbère, à marche intermittente ou continue.

La matte doit être en morceaux de 2 à 3 centimètres de diamètre au plus, on l’étend en couche peu épaisse sur la sole du four, et des ouvriers renouvellent de temps en temps les surfaces, en brassant la matière avec des ringards, par les portes de travail. Ce grillage dure vingt-quatre heures.

La fusion pour matte seconde s’effectue exactement dans les mêmes conditions que la fusion pour matte première, et donne un produit, dans lequel le nickel, le cuivre, le fer et le soufre se trouvent en parties à peu près égales.

Le troisième grillage est fait au four à réverbère, ou dans des stalles, comme le deuxième.

Enfin, la dernière fusion, ou fusion pour matte blanche, est faite comme les deux précédentes, soit au four à cuve, soit mieux au four à réverbère, avec addition de quartz ou de verre.

La matte blanche contient en général :

Nickel	35 à 40
Fer	0,5 00
Cuivre	40 à 00
Soufre	20 à 25

Cette matte blanche ainsi obtenue, est raffinée de la façon suivante : On l’introduit, en morceaux assez gros, sur la sole d’un four à réverbère, qui peut en contenir environ 3000 kilogrammes, et on cherche, par une oxydation bien conduite, à en éliminer tout le soufre.

Pour cela, on rôtit d’abord au rouge sombre, pour oxyder le métal, et brûler une partie du soufre ; puis en élevant la température, on amène toute la masse en fusion, pour faire réagir les oxydes métalliques sur le soufre qui s’y trouve encore.

Le rôtissage dure six heures, en évitant avec soin la fusion ; puis on fait arriver un excès d’air qui provoque d’abord une élévation de température, et le ramollissement de la charge ; la masse pâteuse se boursoufle, par le dégagement de gaz sulfureux provenant de la réaction des oxydes sur les sulfures. Il en résulte un véritable brassage favorisant l’oxydation ; on ferme alors les portes du four, la température continue à s’élever et on donne un dernier coup de feu pour fondre et couler la masse.

La matte raffinée contient 50 à 55 % de nickel, avec du cuivre, et fort peu de fer et de soufre.

La plupart des oxydes étrangers ont été scorifiés au contact de la sole du four.

La matte raffinée représente en poids, tout au plus 2 % du minerai qui l’a fournie.

Concentration au convertisseur. — Nous pouvons répéter, au sujet du mode de concentration qui précède, ce que nous avons déjà dit a propos des minerais arséniés, à savoir que la concentration par grillage est longue et coûteuse.

Dès que le procédé Bessemer eut fait son apparition pour l’affinage de la fonte, on fut tenté de l’appliquer au traitement des minerais de cuivre et de nickel.

Nous savons, en effet, que le minerai de fer, traité par le haut fourneau, est séparé de sa gangue, et transformé en fonte, c’est-à-dire en carbures et siliciures de fer et de manganèse. De même, quand on soumet le minerai sulfuré de nickel à une première fusion, on obtient un composé sulfuré brut formé de sulfures de nickel, de cuivre et de fer.

Or, par l’emploi du Bessemer, on peut se débarrasser du silicium, du manganèse et du carbone ; ne peut-on pas aussi se débarrasser du soufre et du fer, qui sont plus oxydables que le nickel et que le cuivre ?

Mais il faut remarquer qu’il y a cependant des différences notables entre les deux cas. Les éléments à oxyder ne représentent, en effet, que 10 % au plus du poids de la fonte, tandis que dans le cas du nickel comme dans celui du cuivre, on a 70 à 80 % de substances étrangères à éliminer. De plus, le silicium et le carbone de la fonte dégagent, en s’oxydant, beaucoup plus de chaleur que le soufre et le fer des malles ; mais aussi l’affinage de la matte demande moins de chaleur que celui de la fonte, les chaleurs spécifiques du cuivre et du nickel, qui forment le reste, étant moindres.

Les essais préliminaires ont été tentés d’abord sur le cuivre, auquel s’applique tout ce que nous venons de dire et dont la métallurgie a une importance bien plus grande que celle du nickel.

Nous sommes donc amenés à dire quelques mots des essais tentés avec le cuivre.

Ce n’est guère qu’en 1880 que les premiers résultats pratiques furent obtenus par M. Manhès à Védènes (Vaucluse).

On opérait sur une malle à 25 ou 30 % de cuivre, préalablement fondue dans un creuset, et que l’on introduisait, dans une petite cornue Bessemer ordinaire, à insufflation par le fond.

Au début de l’opération, le bain conservait sa fluidité, grâce au dégagement de chaleur produit par l’oxydation du fer et du soufre. Mais quand une quantité notable de cuivre était épurée, ce métal plus dense, se rassemblait au fond, et ne tardait pas à se figer en obstruant les tuyères, pendant qu’à la surface la réaction devenait tumultueuse, en amenant des projections de scories. On était, par suite, obligé de couler avant l’épuration complète, sous peine de voir le bain se prendre en masse.

Cet inconvénient fut évité en faisant déboucher les tuyères sur les parois latérales. De cette façon, le cuivre affiné n’était plus traversé par un courant d’air froid, et pouvait se maintenir liquide jusqu’à la fin de l’opération.

M. Manhès a aussitôt cherché à appliquer son procédé au traitement des minerais sulfurés et arséniés de nickel, et réussit, à obtenir de bons résultats, au moyen de quelques modifications que nous allons indiquer.

On part de la matte première, c’est-à-dire du minerai grillé une première fois et fondu, débarrassé par conséquent de sa gangue et ne contenant plus que du nickel, du cuivre, du fer et du soufre.

Cette matte en fusion est coulée dans une cornue de fer, garnie intérieurement d’un revêtement très siliceux. On fait alors passer, à l’intérieur de la masse fondue, un courant d’air qui oxyde le fer et brûle le soufre. Ce dernier se dégage à l’état de gaz sulfureux, pendant que l’oxyde de fer donne avec la silice du revêtement un silicate très fusible, formant scorie.

On obtient donc ici, à la fois, les deux effets que l’on recherchait dans les opérations précédentes, c’est-à-dire le grillage et la fusion de la matte, mais avec une énergie telle qu’en un quart d’heure l’opération est terminée.

M. Manhès se servait primitivement d’un convertisseur Bessemer, pouvant recevoir une charge de 1000 kilogrammes de matte fondue.

Cette cornue était garnie intérieurement de briques très siliceuses, et les tuyères formaient une couronne circulaire à 0,40 du fond.

L’appareil était d’abord porté à la température du rouge, puis on y introduisait la malle en fusion et l’on faisait marcher la soufflerie, sous une pression suffisante pour traverser toute la masse.

Au début la réaction est très violente, et il se dégage d’épaisses fumées blanches métalliques, avec beaucoup de gaz sulfureux, et une flamme verdâtre assez longue sort du col de la cornue.

La scorification du fer marche parallèlement à l’oxydation du soufre, et met souvent dans la nécessité de faire des décantations, quand la matte est pauvre. Néanmoins, la garniture siliceuse de la cornue supporte dix opérations.

Voici quelques-uns des résultats publiés par M. Manhès.

En parlant d’une pyrite de fer contenant 2,5 % de nickel, que l’on a soumise à un grillage en stalles à deux feux, suivi d’une fusion, avec 20 % de coke, au four à cuve, on a obtenu une matte première contenant :

Cuivre	05,86
Nickel	16,30
Fer et soufre	77,84

Cette matte a été introduite dans la cornue Bessender modifiée, et soumise à l’action d’un courant d’air oxydant. On a prélevé des échantillons au fur et à mesure de la marche de l’oxydation, et on a obtenu les chiffres suivants.

Après cinq minutes, la malle et la scorie contenaient :

Produits	Matte	Scorie
Cuivre	11,00	0,06
Nickel	50,73	1,51
Fer et soufre	58,27	»

Après dix minutes, le fer et le soufre avaient encore diminué et la composition était la suivante :

Produits	Matte	Scorie
Cuivre	14,13	0,5
Nickel	51,80	3,0
Fer et soufre	35,67	»

Enfin, après seize minutes :

Produits	Matte	Scorie
Cuivre	11,30	00,30
Nickel	70,66	10,05
Fer	01,20	»
Soufre	17,44	»

Ce résultat indique que déjà le nickel passe abondamment dans la scorie.

Il convient donc de ne pas chauffer trop longtemps et de laisser dans la matte 0,5 de fer au moins, et ceci pour plusieurs raisons :

1° Lorsqu’il y a dans la matte moins de 1 à 0,5 % de fer, le nickel commence à s’oxyder énergiquement, aussi vite que le soufre, ainsi que le montre l’exemple qui précède.

2° La matte concentrée renfermant encore du soufre est plus friable et s’attaque mieux par les acides.

3° Enfin, quand il n’y a plus de fer, la température s’abaisse, et le bain tend à se prendre en masse d’autant plus vite que le nickel est plus pur.

D’ailleurs, la scorie qui renferme encore 5 % de nickel est employée comme fondant siliceux pour préparer la matte première.

Dans l’exemple qui précède, on voit que l’on peut, en une seule opération, passer d’une matte première à 16% de nickel, à une matte riche contenant 70 %, et cela en quelques heures, en évitant toute la série des grillages suivis de fusions, si longue et si dispendieuse.

Fourneau convertisseur. — Maintenant, M. Manhès a remplacé la cornue Bessemer par un fourneau convertisseur qui se prête mieux aux différentes phases de l’opération.

Cet appareil, qui a une certaine ressemblance avec les fourneaux tournants à soude, se compose d’un cylindre en tôle, garni intérieurement de briques siliceuses, et monté sur un chariot à quatre roues, qui permet de le déplacer sur des rails.

De plus, le fourneau peut, sur son bâti, pivoter autour de son axe, de manière à prendre les inclinaisons convenables, suivant les instants de la fabrication. On règle le mouvement au moyen d’une manivelle et d’un demi-cercle denté, fixé sur le cylindre.

Sur un des côtés du cylindre se trouve une rangée de tuyères, mais qui sont dirigées obliquement par rapport à la surface de ce dernier.

La boîte à vent, qui alimente les tuyères, est en relation avec un tuyau flexible amenant l’air d’une soufflerie et pouvant suivre les déplacements du cylindre autour de son axe.

De même que dans les fours tournants à soude, les deux faces opposées du cylindre de tôle sont ouvertes d’un côté pour l’arrivée de la flamme d’un gazogène, de l’autre pour la sortie des produits de la combustion.

La manœuvre de cet appareil est relativement simple : on commence par porter l’intérieur du cylindre au rouge, en y faisant passer les gaz chauds d’un gazogène ; puis on incline le four sur son axe pour le charger, après quoi on le relève, en maintenant la rangée de tuyères à la partie inférieure, de façon à obliger l’air de la soufflerie à traverser la totalité de la masse en fusion.

Au fur et à mesure des progrès de l’affinage, on incline de plus en plus le four, de sorte qu’à la fin de l’opération le vent des tuyères ne fait plus qu’effleurer la surface du bain. En même temps, on profite de la position inclinée du convertisseur pour faire couler les scories.

Pour ménager les parois du fourneau et pour hâter la scorification du fer, on injecte de temps en temps dans l’appareil du sable fin, en ouvrant la valve d’une boîte fixée sur le conduit principal, venant de la soufflerie.

Quand l’opération est terminée, on arrête le vent et on renverse complètement le fourneau. La masse liquide est coulée dans les poches destinées à la recevoir et l’appareil est prêt pour une nouvelle opération.

M. Villon a introduit à la méthode que nous venons de décrire un perfectionnement, qui consiste à faire agir la vapeur d’eau surchauffée.

Voici ce que dit cet auteur, dans son ouvrage sur la Métallurgie du Nickel et du Cobalt.

« Nous avons reconnu que, dans la concentration de la matte au convertisseur, si l’on injectait de temps à autre de très fins filets de vapeur surchauffée, on pouvait éliminer complètement le fer, sans perdre sensiblement de nickel. Nous en avons déduit le mode de traitement suivant, qui semble donner les meilleurs résultats économiques.

Grillage. — Nos essais ont été effectués sur une pyrite ayant pour composition :

Nickel	02 %
Cuivre	01 »
Fer	20 »
Soufre	30 »

Nous opérons le grillage dans un courant d’air comprimé et nous condensons l’acide sulfureux produit, dans une tour à coke. Le minerai, trié et concassé en morceaux de la grosseur d’un œuf, est chargé dans des cornues en terre réfractaire à section ovale, analogues à celles que l’on emploie dans les usines à gaz et disposées au nombre de cinq, dans un four chauffé en gazogène, comme cela se pratique dans ces mêmes usines. Chaque cornue reçoit une tonne de minerai. L’air comprimé arrive par la face antérieure, et sort chargé d’acide sulfureux, par un tuyau adapté à la tête de la cornue, laquelle est en fonte et enduite de terre réfractaire. Le minerai est chargé à la température de 280-300°. Le grillage dure quatre heures.

Ce mode de grillage enlève 10 % de soufre à l’état d’acide sulfureux. On recueille en moyenne, par tonne de minerai, 1500 litres d’une dissolution d’acide sulfureux à 10 %. Nous nous servons de cet acide pour isoler le nickel par voie humide, comme il sera dit plus loin.

Fusion. — La fusion s’opère dans un four à manche, avec 20 % de scories provenant du convertisseur, et 20 % de quartz. On a une matte renfermant :

Nickel	15,40
Fer	38,80
Cuivre	03,80
Soufre	38,00

Concentration. — La concentration de la matte se fait dans un convertisseur Manhès et en trois temps :

1° Soufflage de cinq minutes, sans aucune addition de vapeur ni de quartz ;

2° Soufflage de deux minutes à la vapeur surchauffée à 200° et renversement du convertisseur pour lâcher les scories ;

3° Soufflage de sept minutes avec introduction de quartz en poudre.

En opérant de cette façon, nous avons obtenu une matte ayant pour composition :

Nickel	68 %
Cuivre	30 »
Soufre	02 »
Fer	traces

Extraction du nickel des mattes. — Nous venons de voir les procédés au moyen desquels on a transformé le minerai sulfuré de nickel en une matte, c’est-à-dire en un culot contenant du nickel et du cuivre, avec des proportions variables de fer et de soufre.

Pour en extraire le nickel, on leur fait subir un traitement par voie humide ou par voie sèche.

Voie humide. — Le traitement par voie humide est analogue à celui que nous avons indiqué pour les speiss et consiste essentiellement à dissoudre les mattes dans l’acide chlorhydrique après un grillage préalable ; on évapore à sec la dissolution et on calcine le résidu pour se débarrasser de la plus grande partie du fer, puis on reprend par l’eau et dans cette nouvelle solution, après avoir peroxyde le fer par addition convenable de chlorure de chaux, on le précipite par le carbonate de chaux, on passe au filtre-presse, et dans la liqueur filtrée, on précipite le nickel par un lait de chaux.

Voici comment on opère : La matte provenant soit du traitement ordinaire, soit du procédé Bessemer, est concassée en morceaux ne dépassant pas 250 grammes, puis grillée à fond dans un four à réverbère, ce que l’on appelle un grillage à mort, pendant douze heures.

La masse refroidie est pulvérisée et placée dans des vases en grès, chauffés au bain-marie par de l’eau maintenue à température convenable par un barbotage de vapeur. On met dans les vases de grès, de l’acide chlorhydrique ordinaire à 22° B., dans la proportion de 250 litres pour 100 kilogrammes de matte pulvérisée.

L’acide ne doit être ajouté que peu à peu, à cause de l’attaque violente de la matte, et du vif dégagement d’acide sulfhydrique pouvant faire déborder le liquide.

Généralement, on emploie deux batteries composées chacune de trois vases de dissolution et d’un récipient de dépôt, d’une capacité voisine d’un mètre cube.

Les gaz qui se dégagent sont, soit éliminés par une haute cheminée, soit transformés en acide sulfureux et bisulfites alcalins.

L’attaque terminée, on décante dans le vase de dépôt, on recharge de nouvelle matte, et une nouvelle attaque recommence. La dissolution est évaporée à sec dans un four Porion, dont les palettes en fonte sont garnies de terre réfractaire. Le mélange de chlorures de fer, nickel, cobalt et cuivre ainsi obtenu, est calciné pendant plusieurs heures sur la sole d’un four à réverbère, en même temps qu’on le brasse continuellement. Le chlorure de fer, sous l’influence de l’air humide, se transforme partiellement en sesquioxyde de fer, pendant qu’une autre partie est volatilisée à l’état de chlorure.

On reprend la masse calcinée par dix fois son poids d’eau bouillante, on dose le fer dans la solution et l’on ajoute la quantité calculée de chlorure de chaux pour transformer le protochlorure de fer en perchlorure. On emploie une bouillie de chlorure de chaux délayée dans cinq fois son poids d’eau, on fait bouillir un quart d’heure après l’addition du réactif. On ajoute alors une quantité également calculée de craie en poudre pour précipiter tout le fer, et on maintient une heure à l’ébullition.

Dans le cas de mattes riches en nickel, comme les mattes Bessemer, on fait l’oxydation par addition d’eau de chlore, en opérant à 80° seulement. On traite ensuite par la craie comme ci-dessus.

On passe au filtre-presse, et dans la liqueur filtrée on dose le cobalt. Les eaux de lavage du résidu servent à dissoudre la matière calcinée au four à réverbère.

On procède pour l’élimination du cobalt exactement comme pour celle du fer, en peroxydant le cobalt soit au moyen du chlorure de chaux, soit par l’eau de chlore, et l’on traite ensuite par la craie. On filtre comme précédemment, et dans la liqueur filtrée, on précipite enfin le nickel par un lait de chaux, en quantité calculée d’après la proportion de nickel déterminée par l’analyse.

Quelquefois on précipite la plus grande partie du nickel par la chaux et on termine par la soude.

Le précipité d’oxyde de nickel recueilli sur le filtre-presse et bien lavé, est étalé sur une épaisseur de 25 centimètres sur la sole d’un four à réverbère et calciné douze heures. On constate que son volume diminue considérablement.

On peut remplacer la chaux par la magnésie, et le carbonate de chaux par le carbonate de magnésie. On peut alors en retirer l’acide chlorhydrique qui entre de nouveau un réaction.

Voici les proportions de réactif à employer que donne M. Villon pour une matte à 30 % de nickel.

Matte	100
Acide chlorhydrique	250
Chlorure de chaux	070 (33 de chlore)
Carbonate de chaux	100
Chaux	025

On obtient ainsi :

Oxyde de	nickel	43
»	cobalt	10

Avec une matte plus riche contenant :

Cuivre	20
Nickel	65
Fer	02
Soufre	13

Il faut employer les quantités suivantes :

Acide chlorhydrique	200
Chlore	001
Carbonate de chaux	003
Chaux	070

Ce qui fournit 120 d’oxyde de nickel.

Voie sèche. — La voie humide présente de notables inconvénients : en effet, l’oxyde de nickel précipité contient une partie des impuretés amenées par la chaux ; si, par exemple, on opère en présence de sulfates, il reste une quantité importante de sulfate de chaux dissous dans le liquide qui imprègne le volumineux précipité d’oxyde hydraté. Quand on réduira l’oxyde par le charbon, ce sulfate sera réduit et introduira ainsi du soufre dans le métal. On peut, il est vrai, enlever ce sulfate de chaux en dissolvant le précipité dans l’acide chlorhydrique, traitant par le chlorure de baryum qui élimine l’acide sulfurique, puis reprécipitant l’oxyde par la chaux, ou simplement traitant l’oxyde desséché par le carbonate de soude en fusion.

Mais ces procédés sont coûteux, ils ne sont pas pratiques pour des traitements en grand. Ils exigent beaucoup de place et de main-d’œuvre, pour donner un oxyde qui, après passage à la presse, retient encore 60 % d’eau.

Le traitement par voie sèche est plus simple et plus économique, mais il ne permet pas de débarrasser le nickel du cuivre.

On ne peut donc l’employer que pour les mattes de la Nouvelle-Calédonie dépourvues de cuivre, ou pour les mattes cuivreuses que l’on veut affiner pour métal blanc.

La matte ayant, par exemple, la composition suivante :

Nickel et cuivre	75,0
Soufre	24,0
Fer	00,5
Impuretés	00,5

est broyée et tamisée, puis grillée pendant huit

heures par 600 kilogrammes à la fois, en chauffant au rouge vif à la fin de l’opération.

La matière, qui ne doit plus contenir que 1 % de soufre, est soumise à un nouveau broyage et passée au tamis 120, puis grillée au rouge vif pendant six heures.

Après ce dernier grillage, on n’obtient que de l’oxyde, gris vert si l’on opère sur du nickel pur, noir s’il est mélangé de cuivre.

Nous verrons plus loin le traitement que doit subir cet oxyde pour être transformé en métal.

Procédé par fusion en présence des chlorures. — M. Manhès a proposé de débarrasser le nickel brut du soufre, par fusion en présence de fondants tels que la chaux, avec addition de chlorure de calcium.

Une partie du soufre est éliminée à l’état d’acide sulfureux, et une partie se combine aux réactifs ajoutés pour former un sulfure basique ou alcalin.

La fusion s’effectue sur sole, ou au creuset, dans un appareil quelconque, sauf la condition de pouvoir supporter l’action du chlorure à température élevée. On prend de préférence un four à sole, chauffé par un gazogène, avec garniture intérieure basique.

Le four ayant atteint la température convenable, on le garnit du mélange de chaux et de chlorure, sur lequel on place le nickel grenaillé, ou concassé. On ferme la porte du four, et on chauffe lentement et graduellement, jusqu’à fusion du métal, qui perd une partie de son soufre à l’état d’acide sulfureux. Le nickel coule et en raison de sa plus grande densité il traverse le mélange et se désulfure complètement.

La scorie de sulfure de calcium surnage, et on coule le métal qui est assez pur commercialement.

La scorie retient un peu de nickel que l’on récupère en la faisant repasser au four.

Procédé Herrenschmidt. — Ce procédé, qui semble devoir se substituer à tous ceux qui précèdent, ne met pas en jeu des masses énormes de précipité, toujours très difficiles à laver et à traiter.

Bien qu’il soit employé depuis plusieurs années, notamment au Canada et à l’usine du Petut-Quevilly, près de Rouen, le détail des opérations n’est pas encore bien connu.

Le minerai sulfuré est traité par grillage et fusion, de manière à obtenir une matte contenant par exemple, 30 % de cuivre, 10 à 20 % de nickel et le reste en fer et soufre.

La matte broyée est dissoute dans l’acide, chlorhydrique, ou bien elle est oxydée par un grillage méthodique, de manière à former des sulfates, que l’on lessive, et traite ensuite par le chlorure de calcium.

Dans ce cas, il se forme un précipité de sulfate de chaux et la liqueur contient le fer, le cuivre et le nickel, à l’état de chlorures.

On ajoute alors au mélange de sulfate de chaux et de chlorures, une quantité calculée d’hydrate ou de carbonate de cuivre, ou plutôt de chaux ou de carbonate de chaux, de façon à précipiter presque tout le fer et un peu de cuivre.

En portant à l’ébullition, au moyen d’un courant de vapeur qui traverse la masse, on arrive à précipiter tout le fer, tandis qu’une quantité de cuivre correspondante se redissout.

Cette réaction est tout à fait analogue à celle que l’on emploie depuis longtemps pour débarrasser le sulfate de cuivre brut du fer qu’il contient.

On filtre et on se trouve donc en présence d’une liqueur qui ne contient plus que du cuivre et du nickel.

On en précipite une partie par la chaux ou le carbonate de soude. À froid, en présence de l’oxyde ou du carbonate de nickel précipités, il se fait une cémentation, le nickel se dissout et le cuivre se précipite.

On peut arriver ainsi, en calculant convenablement les proportions, à débarrasser la liqueur de tout le cuivre qu’elle contient.

Cette liqueur, traitée par la chaux, donne de l’oxyde de nickel et du chlorure de calcium. On peut aussi l’évaporer et transformer le sel de nickel en oxyde par grillage.

Une variante de ce procédé consiste à enlever le cuivre avant le fer.

Pour cela, la matte ayant été grillée, puis mise en solution comme nous l’avons vu, on met en digestion dans la liqueur une partie de la matte que l’on a réservée.

Le cuivre de la liqueur se précipite, pendant que des quantités équivalentes de fer et de nickel se dissolvent. Il ne faut pas oublier que nous nous trouvons ici en présence des sulfures et non des oxydes.

Si on a employé une quantité suffisante de sulfures de nickel et de fer, tout le cuivre sera déplacé.

On enlève ensuite facilement le fer de la liqueur décuivrée, par addition d’oxyde de nickel, ou mieux de chaux qui précipite une partie du nickel à l’état d’oxyde, lequel se redissout en déplaçant le fer.

M. de Coppet a fait breveter une modification du procédé précédent, qui consiste à attaquer la matte, préalablement déferrée, par l’acide sulfurique ou l’acide chlorhydrique, employés en quantité insuffisante : le sulfure de cuivre se dissout plus aisément que ceux de nickel et de cobalt, et l’on s’arrange pour avoir 63^kg,5 de cuivre pour 59 kilogrammes de nickel et de cobalt non dissous.

La liqueur cuprique est la liqueur d’attaque. Les résidus non dissous, lavés et scellés, sont soumis à l’action de gaz réducteurs, à une température ne dépassant pas le rouge sombre ; la masse pulvérulente obtenue est mise en contact à froid avec la liqueur cuprique : le cobalt passe à l’état de sulfate et le cuivre est précipité.

Quand il n’y a plus de cobalt dans la masse, on change de liqueur cuprique et on opère à chaud.

Le nickel précipite alors le cuivre, et passe en dissolution. On a donc deux solutions, l’une pour le cobalt, l’autre pour le nickel.

III. TRAITEMENT DES MINERAIS ARSÉNIO-SULFURÉS

Le traitement d’un minerai arsénié et sulfuré se déduirait de ce qui précède.

Aussi, comme ce genre de minerai est assez rarement employé maintenant, nous n’allons indiquer que brièvement la marche à suivre pour le cas d’un minerai renfermant nickel, cobalt, cuivre, plomb, argent, antimoine, soufre, arsenic.

Voici, d’après M. Villon, la série des opérations à effectuer.

1. Grillage en stalles à deux ou trois feux.

2. Fusion dans un four à cuve ; on obtient, d’une part, un plomb argentifère, de l’autre, un speiss riche en nickel, cobalt, arsenic, soufre, une matte de cuivre et des scories. Lorsque le minerai ne renferme pas assez d’arsenic pour entraîner tout le nickel et le cobalt dans le speiss, on en ajoute à la fusion.

3. Le speiss est grillé au réverbère.

4. Fusion du speiss grillé avec du sulfate de baryte ou de chaux. On a une matte de cuivre et un speiss enrichi.

5. Concentration du speiss au Bessemer ou au four hongrois.

6. Grillage au réverbère avec addition d’abord de poussier de charbon, puis du mélange de nitre et de sel de soude.

7. Lessivage.

8. Dissolution dans l’acide sulfurique étendu et filtration.

9. Précipitation de l’argent par le sel marin et filtration.

10. Précipitation de l’arsenic, de l’antimoine et du cuivre par un courant d’hydrogène sulfuré.

11. Peroxydation du fer et précipitation.

12. Précipitation du cobalt.

13. Précipitation du nickel par la chaux.

14. Lavage, essorage, calcination du précipité.

15. Les mattes de cuivre, obtenues en 2 et 3 renfermant un peu de nickel, sont traitées par les méthodes indiquées pour les minerais sulfurés.

Exemple de la composition d’un minerai complexe de nickel :

Nickel	05,15
Cobalt	03,07
Oxyde de fer (magnétique)	59,53
Plomb	13,46
Silice	03,51
Cuivre	03,22
Soufre	06,84
Arsenic	03,29
Antimoine	02,51

Total	99,57

IV. TRAITEMENT DES MINERAIS OXYDÉS

Le traitement des minerais oxydés de nickel est plus simple que celui des minerais arséniés ou sulfurés ; cependant, les procédés qui ont été proposés sont assez nombreux, et peuvent être rapportés à trois groupes principaux : les procédés employant exclusivement la voie sèche ; ceux qui n’emploient que la voie humide, et enfin les procédés mixtes.

Nous commencerons d’abord par exposer rapidement le traitement par la voie sèche qui n’est presque plus employé aujourd’hui.

Traitement par la voie sèche. — On peut, dans le traitement par voie sèche, ou bien réduire complètement le mélange des oxydes qui se trouvent dans le minerai, mais alors on est obligé de procéder à un affinage pour obtenir le métal ; ou bien, on peut s’arranger de façon à ne réduire que l’oxyde de nickel seul, de manière à n’avoir plus dans la masse que ce dernier à l’état métallique : on l’en sépare en mettant à profit la propriété qu’il possède d’être attirable à l’aimant.

Le premier mode opératoire a été réalisé en 1877, par M. Garnier à Nouméa, et nous allons exposer les résultats qu’il a obtenus ainsi.

Réduction totale. — Le minerai, trié et concassé, est mêlé à un léger excès de charbon, puis passé dans un haut fourneau qui diffère à peine de ceux employés dans la métallurgie du fer.

Les phases de l’opération sont, d’ailleurs, les mêmes, et on prépare une fonte de fer contenant une forte proportion de nickel.

M. Garnier a donné les analyses de deux de ces fontes :

Fer	058,0	23,30
Nickel	35,1	71,50
Chrome, manganèse et cobalt	01,5	»
Carbone	03,0	01,72
Silicium	02,4	02,40
Soufre	»	00,55

Il faut ensuite affiner la fonte au four à réverbère, ou au Bessemer, en poussant l’opération beaucoup plus loin que dans l’affinage ordinaire.

On profite, en effet, de ce que le fer s’oxyde plus rapidement que le nickel, il disparaît même avant le soufre.

De sorte qu’en faisant réagir l’air, on constate que le carbone et le silicium partent d’abord, puis le chrôme, le manganèse et le fer qui passent dans la scorie, et enfin le soufre. Le nickel reste le dernier, et la température est assez élevée pour permettre de le couler.

Ce procédé n’est plus guère employé maintenant que pour préparer des alliages de fer et de nickel.

On a apporté à ce procédé quelques modifications, en produisant l’affinage par des oxydes de manganèse (Selve et Lotter), ou par de l’oxyde de cuivre (Mason et Parkes) ; mais ces variantes, qui ne se sont pas généralisées, ont eu surtout pour but de produire économiquement des alliages de nickel.

Étudions maintenant le procédé de réduction partielle du minerai.

Réduction partielle. — Nous avons dit que dans cette méthode, on profite de l’affinité moindre du nickel pour l’oxygène, pour réduire l’oxyde seul de ce métal, en employant une quantité calculée de charbon. Pour cela, le minerai trié et pulvérisé est mêlé avec environ 5 % de carbonate de chaux, 5 % de scorie et une quantité de charbon qui varie suivant la richesse du minerai, et qui doit être juste suffisante pour réduire le nickel, sans réduire le fer. La masse agglomérée au goudron et séchée au four, est concassée en morceaux de la grosseur d’une noix. On l’introduit ensuite dans un four capable de produire une haute température, comme les fours à récupérateurs que l’on emploie dans la métallurgie du fer.

En six heures, on peut réduire 2500 kilogrammes de minerai ; la masse calcinée, est jetée encore brûlante dans de grands bassins pleins d’eau où elle s’effritte. On la sèche et on la passe dans des broyeurs à chocs, ayant pour but d’isoler les grains de nickel de la scorie qui les entoure.

La matière, convenablement préparée, passe ensuite dans un trieur magnétique, tel que celui de Vavin, formé de deux cylindres superposés, tournant dans le même sens, et sur lesquels la matière s’éparpille. Leur surface est formée de bandes de fer doux, en contact avec une série d’aimants, et séparées par des bandes de cuivre. La scorie tombe directement, tandis que la limaille métallique, adhérant an cylindre, est entraînée par lui jusqu’à la rencontre d’une brosse, qui fait tomber cette limaille dans un vase destiné à la recevoir.

Le deuxième cylindre complète le travail du premier, en recevant la scorie qui a passé sur ce dernier.

Une machine trie 300 kilogrammes à l’heure à la vitesse de trente tours par minute, en dépensant une force de un cinquième de cheval.

Le nickel ainsi obtenu est carburé, on le fond au creuset et on l’affine, soit par oxydation sur sole ou au Bessemer, soit par addition de magnésium ou d’aluminium.

Procédé Mond. — M. Mond a fait breveter un procédé d’extraction du nickel métallique des minerais qui le renferment, en les traitant par un courant d’oxyde de carbone dans des conditions convenables, de façon à obtenir du nickel-carbonyle que l’on détruit par la chaleur.

Si le minerai à traiter contient du soufre ou de l’arsenic, on le calcine préalablement ; il est avantageux d’ajouter de la chaux ou du calcaire au minerai, avant la calcination. Après cette opération, le composé nickélifère est chauffé entre 350 et 400° avec de l’oxyde de carbone et de l’hydrogène, ou des hydrocarbures.

Le nickel est ainsi entraîné à l’état de nickel carbonyle Ni(CO)⁴, qui commence à se former dès que la température descend au-dessous de 150°.

La température la plus favorable est aux environs de 50°, un peu au-dessus du point d’ébullition du nickel-carbonyle (43°).

Dans ce traitement, les impuretés du nickel, notamment le cobalt, ne sont pas entraînées.

L’appareil dont se sert l’inventeur est un cylindre vertical à plateaux, surmontés d’agitateurs qu’un arbre situé dans l’axe du cylindre fait mouvoir.

Le minerai est chargé à la partie supérieure du cylindre et descend de plateau en plateau, pendant que les agitateurs en renouvellent constamment la surface.

Tout le système étant à la température convenable, on fait circuler l’oxyde de carbone de bas en haut, en sens contraire du minerai.

Cet oxyde de carbone, chargé de nickel, passe dans un cylindre horizontal, chauffé à 180-200° où il dépose le métal, puis un aspirateur l’entraîne de nouveau à la partie inférieure du cylindre vertical.

Le minerai arrivé à la partie intérieure, contient encore du nickel susceptible d’être enlevé par l’oxyde de carbone. Aussi, le fait-on reprendre par une vis, qui le ramène à la partie supérieure, où la même série d’opérations recommence jusqu’à épuisement complet.

Le même oxyde de carbone sert indéfiniment, on se contente de le faire passer dans de l’eau de chaux, pour lui enlever le peu d’acide carbonique qui tend à se former au cours de l’opération.

Il y a intérêt à employer de l’oxyde de carbone pur.

Le nickel ainsi préparé est pur, on peut l’obtenir sous n’importe quelle forme ; en plaques, par exemple, en le recevant sur des feuilles minces de nickel chauffées.

On peut obtenir de cette façon, paraît-il, des reproductions de nickel massif et compact, des moulages compliqués, et un nickelage très rapide, à condition que les moules puissent supporter la température de 200°. Ce procédé qui a donné de bons résultats de laboratoire n’est pas encore devenu industriel. Il semble présenter de notables difficultés.

Voie humide. — Un grand nombre de procédés ont été essayés, mais un bien petit nombre d’entre eux sont employés actuellement. Nous ne décrirons que les principaux.

Procédé à l’acide chlorhydrique. — On dissout le minerai pulvérisé dans l’acide chlorhydrique de la façon que nous venons d’indiquer précédemment.

Dans la dissolution, on précipite le fer après peroxydation et le nickel comme nous l’avons vu plusieurs fois.

On peut aussi précipiter le nickel par le carbonate de soude à l’ébullition.

Ou bien précipiter le fer par le carbonate de magnésie, le nickel et la magnésie par la chaux à l’ébullition, puis faire digérer le précipité avec de l’ammoniaque, qui abandonne l’oxyde de nickel après évaporation.

On a proposé aussi de précipiter le nickel de la solution débarrassée du fer, par le sulfure de calcium. On a un précipité de sulfure noir de nickel qui, par dissolution dans l’acide sulfurique, donne le sulfate de nickel pour le nickelage.

Procédé à l’aride sulfureux. — On sature d’acide sulfureux à la température de l’ébullition le minerai pulvérisé, mis en suspension dans l’eau en bouillie claire. Le nickel se dissout en se transformant en sulfite, l’oxyde de fer reste insoluble.

L’opération s’exécute dans une cuve cylindrique en tôle doublée de plomb, munie d’un agitateur. La solution saturée est décantée et traitée par les sulfures de sodium ou de calcium, ou par un lait de chaux qui précipite l’oxyde de nickel, en donnant du sulfite de chaux soluble.

Ce procédé est analogue à celui de Dickson et Ralte pour la métallurgie du cobalt.

Procédé au protochlorure de fer. — On fait bouillir le minerai en poudre fine avec du protochlorure de fer, il se forme du chlorure de nickel, le fer se précipitant en quantité correspondante. En réalité, voici comment on opère :

On dissout le minerai dans l’acide chlorhydrique, et on laisse la dissolution en contact avec du fer métallique, pour ramener à l’état de protochlorure le fer qui aurait pu se peroxyder. On fait alors bouillir la liqueur avec une quantité calculée de minerai en poudre, pour que le chlorure de fer dissous fasse passer en solution tout le nickel du minerai, en passant lui-même à l’étal insoluble. Le liquide clair est traité par le chlorure de chaux et le carbonate de chaux, pour éliminer la petite quantité de fer qu’il peut encore contenir. Le nickel est ensuite précipité par la chaux, lavé et séché.

Procédé Malbee. — Le minerai broyé est dissous dans l’acide chlorhydrique, la gangue restant insoluble, on décante la dissolution et on y peroxyde le fer, en la faisant tomber en pluie sur des rangées de fascines.

Elle est ensuite additionnée de carbonate de magnésie, et agitée par un courant d’air, on filtre ; le fer et le cobalt restent sur le filtre et, dans la liqueur claire, on précipite le nickel à l’ébullition par la magnésie ou son carbonate.

On peut encore précipiter tous les métaux par le carbonate du magnésie à l’ébullition, on les lave et on traite le précipité par l’ammoniaque qui dissout les oxydes de cuivre et de nickel. On ajoute à la solution ammoniacale de la potasse qui précipite l’oxyde de nickel, on filtre, et en faisant bouillir la liqueur, l’ammoniaque se dégage, on peut la recueillir pour une nouvelle opération ; l’oxyde de cuivre se dépose, tandis que le liquide surnageant contient la potasse.

Si l’on ne veut pas précipiter la solution ammoniacale par la potasse, on peut simplement évaporer l’ammoniaque qui laisse les deux oxydes de nickel et de cuivre, que l’on dissout alors dans l’acide chlorhydrique et que l’on sépare par les méthodes indiquées.

Le chlorure de magnésium est traité pour régénérer la magnésie et l’acide chlorhydrique.

Procédé Clarke. — Ce procédé a certaines ressemblances avec le précédent.

On fait bouillir le minerai pulvérisé avec une solution de protochlorure de fer, jusqu’à siccité, et la masse est calcinée vers 360° au four à réverbère.

Le fer passe à l’étal d’oxyde, tandis que le nickel, le cobalt et le manganèse passent à l’état de chlorures, qui ne sont pas altérés dans ces conditions. On cesse aussitôt de chauffer, dès qu’il ne se dégage plus d’acide chlorhydrique.

La masse concassée est lessivée à l’eau bouillante. La dissolution qui contient les chlorures de nickel, de cobalt et de manganèse, est traitée par le sulfure de calcium en quantité suffisante pour précipiter le nickel, sans toucher au manganèse.

Procédé à l’acide sulfurique. — On peut rapprocher des procédés qui précèdent, le traitement suivant :

Le minerai pulvérisé est chauffé avec 70 % d’acide sulfurique, sur la sole de fonte d’un four à réverbère, de façon à transformer les oxydes en sulfates. On cesse de chauffer quand un essai se dissout totalement dans l’eau ; on laisse refroidir, on concasse, et on lave méthodiquement pour dissoudre presque tous les sulfates de magnésie et de nickel, en laissant le sulfate de fer, moins soluble.

La dissolution, traitée par la chaux, abandonne un précipité d’oxydes de nickel, de fer, de magnésie et de sulfate de chaux. Ce précipité lavé est traité en vase clos par l’ammoniaque qui dissout l’oxyde de nickel. La solution ammoniacale distillée est recueillie pour une nouvelle opération ; elle abandonne l’oxyde de nickel qui est lavé et séché.

Voie mixte. Procédé par sulfuration. — Le traitement des minerais oxydés qui tend le plus à prévaloir dans la pratique, est un procédé mixte qui consiste à les transformer d’abord en minerais sulfurés, auxquels on fait subir les opérations que nous avons indiquées pour ces derniers.

Un opère la sulfuration au moyen des sulfures alcalins, de la charrée de soude, du sulfate de chaux, de la pyrite, etc.

Le minerai finement pulvérisé, est mêlé à 10 % de plâtre, par exemple, avec un peu d’eau, de manière à former une pâte que l’on sèche sur des plaques de tôle, puis que l’on porte à 150° pendant 4 heures. La masse concassée, est chargée dans des fours à cuve, avec 15 % de coke, et transformée en une matte que l’on coule en pains.

La scorie, qui retient du nickel, est broyée, agglomérée avec du plâtre, et repassée au four à cuve.

La matte ainsi obtenue, est traitée comme nous l’avons indiqué plus haut, à propos des minerais sulfurés, soit par voie humide, soit plus économiquement par voie sèche, ou par le procédé Herrenschmidt.

V. — NICKEL MÉTALLIQUE

On trouve fréquemment dans le commerce, le nickel sous forme de petits cubes d’un centimètre de côté environ, obtenus par la réduction de l’oxyde de nickel, préparé comme nous l’avons indiqué dans les pages qui précèdent. Cette réduction peut se faire par le carbone, l’oxyde de carbone, ou l’hydrogène.

Pour opérer la réduction par le carbone, on fait, dans un malaxeur, une pâte d’oxyde de nickel, de farine et de mélasse.

On peut employer aussi du charbon en poudre fine. Voici deux exemples de mélanges :

Oxyde de nickel en pâte	94
Fécule	04
Mélasse	03

Ou bien :

Oxyde de nickel en pâte	95
Charbon de bois	03
Mélasse	02

Quelquefois on n’emploie que de la mélasse, environ 5 à 6 %. Le malaxeur contient généralement 200 kilogrammes de pâte.

La pâte étant bien homogène, est reçue dans des moules en fer blanc, et découpée soit en cubes, soit en disques, ou agglomérée en dragées. On sèche à l’étuve, puis on opère la réduction dans des creusets, ou plutôt dans des caisses en fer, placées dans des fours à moufle ; mais comme dans ce dernier cas, la température est insuffisante pour agglomérer le nickel et lui donner l’aspect métallique, on est obligé de le réchauffer au rouge vif dans des creusets.

On emploie plutôt maintenant des cornues cylindriques en terre réfractaire, chauffées par un gazogène, qui permet d’obtenir une température suffisamment élevée pour terminer l’opération.

Le nickel ainsi obtenu, n’est pas, à proprement parler, un métal, c’est plutôt une éponge métallique, formée de parcelles réduites, sans cohésion, qu’il faut ensuite refondre au creuset. Nous nous étendrons plus loin sur cette opération.

Le nickel en disques, ou en cubes, contient généralement 1,5 % d’impuretés, quelquefois davantage, ainsi que le montre le tableau ci-dessous :

Composition	Nickel d’Allemagne	Nickel des pyrites cuivreuses	Nickel de la Nouvelle Calédonie (voie humide)	Nickel de la Nouvelle Calédonie (voie sèche)	Nickel de la Nouvelle Calédonie (au Bessemert)
Nickel	97,290	94,400	97,750	98,000	98,220
Cobalt	1,25	3,22	0,36	»	»
Cuivre	0,32	1,25	»	0,50	»
Fer	0,89	0,20	»	1,60	0,98
Soufre	»	0,53	»	»	»
Silicium	»	0,40	0,54	0,13	0,30
Carbone	»	»	1,25	»	0,50

Nous donnons quelques autres exemples d’analyses de nickel du commerce, d’après M. Jagnaux :

Composition	Premier exemple	Deuxième exemple	Troisième exemple	Nickel en cubes
				$\overbrace {\begin{matrix}&&&&&&&&&\end{matrix}}$
				Quatrième exemple	Cinquième exemple	Sixième exemple
Nickel	96,10	94,60	94,40	94,00	87,30	95,06
Silice	2,70	2,60	3,06	3,00	2,45	0,50
Fer	0,70	1,20	1,00	1,94	2,00	1,85
Cuivre	0,32	»	»	»	6,60	0,64
Plomb	0,08	»	»	»	0,60	1,85
Arsenic	0,02	1,40	1,40	1,00	»	0,04
Antimoine	0,03	1,40	1,40	1,00	»	0,04

	99,95	99,80	99,86	99,94	99,95	99,94

Nickel par la réduction par l’hydrogène. — M. Sébillot a mis à profit la facile réduction de l’oxyde de nickel par l’hydrogène, pour préparer industriellement du nickel presque pur.

L’appareil qui donne les meilleurs résultats est un cubilot ordinaire, mais dont les tuyères sont remplacées par des chalumeaux à hydrogène et air. La chaleur produite est tellement intense, que le métal réduit coule limpide dans la poche du cubilot. Au-dessus des chalumeaux, se trouvent des tuyères qui envoient, de l’hydrogène pur dans la masse d’oxyde, que l’on charge par le haut.

Le nickel ainsi obtenu a, d’après M. Villon, la composition suivante :

Nickel	98,5
Fer	01,0
Cobalt	00,5
Silicium	traces

Il n’est pas cassant et est assez malléable. Une addition de $\scriptstyle {\frac {1}{1000}}$ d’aluminium a suffit pour le rendre tout à fait ductile. Malheureusement, la méthode de réduction par l’hydrogène est trop coûteuse pour qu’on puisse l’employer à préparer le nickel ordinaire. Elle est à recommander seulement lorsqu’on veut obtenir du nickel pur à bas prix.

En remplaçant l’hydrogène par le gaz à l’eau, le nickel n’est plus malléable, il faut alors mélanger, au préalable, l’oxyde de nickel avec $\scriptstyle {\frac {1}{3}}$ % de magnésie.

Nickel obtenu par voie électrolytique. — Cette méthode n’est appliquée qu’aux minerais de la Nouvelle-Calédonie, que l’on transforme en matte sulfureuse pauvre en fer, après fusion avec 10 % de plâtre, etc., comme on l’a vu dans la méthode mixte pour le traitement des minerais oxydés (p. 106).

La matte est coulée en plaques de 70 centimètres de côté et 8 centimètres d’épaisseur, dans lesquels on plonge une bandelette de cuivre pour les relier aux conducteurs du courant. Ces plaques constituent les anodes ; les cathodes étant formées de plaques de nickel de $\scriptstyle {\frac {1}{4}}$ de millimètre d’épaisseur, encadrées dans des montants en bois, que l’on enlève quand l’épaisseur de ces plaques devient suffisante pour assurer leur rigidité.

Les bacs en bois, de 1^m,50 sur 0^m,90 et 0^m,85 de haut, contiennent dix plaques anodes et onze cathodes. Le bain est une solution de sulfate ammoniacal de nickel, maintenue en mouvement par une hélice. Quatre bacs précipitent 20 kilogrammes de nickel par jour, avec une dépense de trois chevaux de force.

Les plaques de nickel sont enlevées quand elles ont une épaisseur de 1 centimètre. Quand les anodes sont épuisées on les remplace ; les résidus sont concassés et grillés au four à réverbère et le produit est mêlé au minerai pour subir un nouveau traitement.

Lorsque l’électrolyte est saturée de sulfate de fer, on la décante et y fait passer un courant de chlore pour peroxyder le fer, que l’on précipite par le carbonate de soude. Le liquide filtré sert de nouveau.

Nickel fondu. — Le nickel, tel qu’il a été obtenu par les procédés que nous venons d’indiquer, sauf l’électrolyse, est cassant ; il se déchire aisément quand on essaye de le laminer ou de le forger, on ne peut pas davantage l’étirer à la filière.

En effet, par la fusion il s’oxyde partiellement, et cette petite quantité d’oxyde lui fait perdre toutes ses qualités de malléabilité et de ductibilité.

En 1879, M. Fleitmann essaya d’atténuer ces défauts par la fusion du nickel avec une faible proportion de magnésium ou de zinc. Maintenant, on emploie principalement l’aluminium. Le métal ajouté semble avoir pour effet de s’emparer des traces de matières étrangères, oxyde de carbone et silicium, empruntées par le nickel à l’atmosphère qui l’entoure, ou aux parois du creuset qui le renferme.

Voici comment on opère : le nickel étant fondu dans des creusets réfractaires, enduits intérieurement de chaux, on débarrasse sa surface des scories, et quand la fusion est complète, on ajoute $\scriptstyle {\frac {1}{1000}}$ environ, de magnésium ou d’aluminium. On brasse avec un ringard en terre réfractaire et on coule.

Le magnésium se combine avec explosion, il faut, par suite, l’ajouter avec quelque précaution.

Le nickel, ainsi préparé, est malléable et ductile à un haut degré : on a pu obtenir des feuilles de nickel de 1^m,80 sur 0^m,30 et aussi minces que du papier.

D’autres industriels obtiennent la malléabilité par l’addition de 2 % de manganèse métallique, ou par la réduction d’un mélange d’oxydes de manganèse et de nickel, en proportions convenables.

M. Garnier a proposé l’emploi de $\scriptstyle {\frac {1}{1000}}$ de phosphore, que l’on ajoute à l’état de phosphure de nickel préparé directement.

La Société dite Fonderie de nickel et métaux blancs, emploie le mélange suivant :

Nickel	100
Bioxyde de manganèse	013
Ferrocyanure de potassium	016
Aluminium	00,1

L’aluminium étant ajouté après la fusion du reste.

M. Villon a constaté que $\scriptstyle {\frac {1}{1000}}$ d’amalgame de sodium produisait le moine résultat.

Nickel pur. — Étant donné le nickel commercial en cultes, voyons quelques-uns des procédés qui mil été proposés pour le purifier.

Procédé de Sainte-Claire Derille. — II. Sainte-Claire Deville dissolvait le nickel en excès dans l’acide nitrique et évaporait la solution à sec au bain-marie, afin que le fer se déposât en présence d’un excès de nickel. Le résidu, repris par l’eau, était traité par un courant d’hydrogène sulfuré qui précipitait un certain nombre de métaux étrangers. La liqueur filtrée et concentrée, était traitée il l’ébullition par un excès d’acide oxalique, de façon à précipiter l’oxalate de nickel, insoluble dans l’acide oxalique. L’oxalate de nickel pur, enfermé dans un double creuset de chaux, était soumis à un violent feu de forge, de manière à obtenir un culot de nickel homogène, ne contenant que des traces de cuivre et de silicium.

Procédé de Schneider. — Le nickel du commerce est dissous dans l’acide chlorhydrique, avec un peu d’acide nitrique. La dissolution, étendue d’eau est traitée par un courant d’hydrogène sulfuré qui précipite le cuivre et l’arsenic.

La liqueur filtrée, étant privée de l’hydrogène sulfuré par l’ébullition, est débarrassée du fer par l’ammoniaque. Le nickel et le cobalt sont alors précipités il l’état de sulfures par le sulfure d’ammonium, redissous une première fois dans l’eau régale, une seconde fuis dans l’acide chlorhydrique. Le cobalt est amené à Létal de peroxyde dans la liqueur, par un courant de chlore, et précipite par le carbonate de baryle. On filtre et on se débarrasse de la baryle par l’acide sulfurique.On fait cristalliser et la dissolution de ces cristaux est précipitée par l’acide oxalique. L’oxalate de nickel, lavé à l’eau froide, est séché et réduit par l’hydrogène à une température suffisante pour produire l’agglomération superficielle du métal. On peut le fondre dans un creuset de terre, sous une couche de borax.

Procédé de Winkler. — On dissout le carbonate de nickel du commerce dans l’acide chlorhydrique, et on le traite plusieurs fois à chaud par l’hypochlorite de soude, pour séparer le cobalt et le fer ; on précipite le cuivre et l’arsenic par l’hydrogène sulfuré, puis, après avoir chassé ce dernier, on précipite le nickel par le carbonate de soude. Le carbonate de nickel pur est transformé en chlorure par l’acide chlorhy drique, ce sel est purifié par sublimation dans un courant de chlore sec et réduit par l’hydrogène pur.

Procédé de Terreil. — M. Terreil dissout le nickel brut dans sept ou huit fois son poids d’eau régale et ajoute à la dissolution chaude des pointes de fer pour séparer le cuivre. Dans la liqueur séparée du cuivre, on peroxyde le fer au moyen d’un courant de chlore, ou par l’acide azotique. On fait ensuite passer le fer et le nickel à l’état de sulfates, en ajoutant de l’acide sulfurique à 66°c B. dans le rapport de deux parties d’acide pour une de nickel employé, puis on évapore il sec pour chasser les acides chlorhydrique et azotique, et l’on reprend le résidu pur l’eau, qui laisse souvent une partie du fer à l’étal de sous-sulfate insoluble. On précipite enfin le 1er par le carbonate de baryle obtenu lui-même par précipitation, en l’ajoutant peu à peu et en léger excès à la liqueur chauffée vers 50 ou 60°C. La précipitation est complète quand le carbonate de baryte ne détermine plus d’effervescence et ne se recouvre plus de peroxyde de fer. Du sulfate de nickel pur reste dans la liqueur: on le fait cristalliser par évaporation.