Affinage (métallurgie)

L'affinage d'un métal est une opération consistant à purifier un métal. Le métal final est le même que celui de départ, mais avec des éléments chimiques indésirables en moins.

Il existe un grand nombre de procédés d'affinage, notamment des techniques de pyrométallurgie, d'hydrométallurgie et d'électrolyse.

Description

Un métal, souvent produit par réduction de son oxyde, n'est généralement pas obtenu à un degré de pureté suffisant pour être utilisé en une étape. Il reste généralement des impuretés qu'il est nécessaire d'éliminer, soit parce qu'elles dégradent les propriétés du métal (par exemple, traces de carbone et de phosphore dans l'acier qui diminuent ses propriétés mécaniques), soit parce qu'elles ont de la valeur (or et argent dans le cuivre, par exemple).
L'affinage peut se faire dans un four (pour l'acier par exemple) où le métal liquide est purifié par oxydation des impuretés, ou par distillation (zinc, germanium), par électrolyse (cuivre, aluminium), par hydrométallurgie, etc. Dans les cas où des puretés extrêmes sont requises (électronique), on a recours à la technique de la zone fondue qui permet d'atteindre 10⁻¹¹ % d'impureté.

Exemples

Exemples de procédés d'affinages
Métallurgie	Produit de départ	Procédé	Produit affiné	Remarques
Fer	Fonte brute 93-95 % Fe	Mazéage	Fonte blanche ~ 96 % Fe	Procédé qui servait généralement à transformer la fonte grise en fonte blanche, par la combustion du silicium. Disparait au cours du XIX^e siècle^[1].
	Fonte brute 93-95 % Fe	Puddlage	Fer puddlé > 99 % Fe	Procédé disparu. Utilisé tout au long du XIX^e siècle.
	Fonte brute hématite 93-95 % Fe	Procédé Bessemer	Acier > 99,8 % Fe	Procédé disparu. Utilisé de 1860 à 1970.
	Fonte brute phosphoreuse 93-95 % Fe	Procédé Thomas	Acier > 99,8 % Fe	Procédé disparu. Utilisé de 1880 à 1980.
	Fonte brute 93-95 % Fe	Procédé Martin-Siemens	Acier > 99,8 % Fe	Procédé en cours de disparition. Utilisé depuis 1870.
Cuivre	Matte cuivreuse 20-70 % Cu	Procédé Manhès-David	Blister > 97 % Cu	Les convertisseurs cylindriques Peirce-Smith assurent 90 % de l'affinage des mattes cuivreuses^[2].
Cuivre	Blister > 97 % Cu	Électrolyse	Cuivre > 99,9 % Cu
Nickel	Matte de nickel 30-60 % Ni	Procédé Manhès-David	Matte affinée 40-80 % Ni	Concerne 2/3 de l'extraction du nickel^[3].
	Matte affinée 40-80 % Ni	Solidification fractionnée	Matte affinée 50-80 % Ni
	Alliage nickel-cuivre 65 % Ni	Procédé Mond	Nickel > 99 % Ni	Affinage chimique, concerne 1/5 de l'extraction du nickel^[4].
	Sulfure de nickel 55 % Ni, 5 % Co, 35 % S	Électrolyse	Nickel > 99,9 % Ni	Concerne 13 % de l'extraction du nickel^[5].
Silicium	Silicium métallurgique > 99 % Si	Méthode de la zone fondue	Silicium électronique 99,99999999 % Si	Procédé techniquement applicable à tous les métaux.

Développement des procédés d'affinage

Les procédés d'affinage sont développés à partir de deux contraintes :

l'intérêt économique d'exploiter des minerais de mauvaise qualité, ou de recycler des déchets. Par exemple, le procédé Thomas a permis d'exploiter les minerais de fer phosphoreux, valorisait un minerai meilleur marché que le procédé Bessemer, limité au minerais sans phosphore. ;
la simplification des procédés pour supprimer le coût des phases intermédiaires. Par exemple, la réduction directe permet de produire du fer à partir de minerai en une seule opération : l'affinage au convertisseur disparait alors.

Notes et références

↑ Adolf Ledebur (trad. Barbary de Langlade revu et annoté par F. Valton), Manuel théorique et pratique de la métallurgie du fer, t. 2, Librairie polytechnique Baudry et Cie éditeur, 1895 [détail des éditions], p. 164-165
↑ (en) Marc E. Schlesinger, Matthew J. King, Kathryn C. Sole et William G. I. Davenport, Extractive Metallurgy of Copper, Elsevier, 2011, 5^e éd. (ISBN 978-0-08-096789-9, lire en ligne), p. 143
↑ (en) Frank K. Krundwell, Michael S. Moats, Venkoba Ramachandran, Timothy G. Robinson et William G. Davenport, Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals, Elsevier, 2011, 610 p. (ISBN 978-0-08-096809-4), p. 51-53
↑ Krundwell et al. 2011, p. 261-275.
↑ Krundwell et al. 2011, p. 327.

Annexes

[Ledebur-1] Adolf Ledebur (trad. Barbary de Langlade revu et annoté par F. Valton), Manuel théorique et pratique de la métallurgie du fer, t. 2, Librairie polytechnique Baudry et Cie éditeur, 1895 [détail des éditions], p. 164-165

[2] (en) Marc E. Schlesinger, Matthew J. King, Kathryn C. Sole et William G. I. Davenport, Extractive Metallurgy of Copper, Elsevier, 2011, 5^e éd. (ISBN 978-0-08-096789-9, lire en ligne), p. 143

[3] (en) Frank K. Krundwell, Michael S. Moats, Venkoba Ramachandran, Timothy G. Robinson et William G. Davenport, Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals, Elsevier, 2011, 610 p. (ISBN 978-0-08-096809-4), p. 51-53

[KrundwellMoatsRamachandranRobinson2011261-275-4] Krundwell et al. 2011, p. 261-275.

[KrundwellMoatsRamachandranRobinson2011327-5] Krundwell et al. 2011, p. 327.

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