3. Fabrication d’un fil électrique 3.1 Introduction Un fil électrique est composé d’un conducteur d’électricité comme le cuivre entouré d’une gaine isolante faite d’un matériel polymère. Le procédé de la production d’un fil électrique commence avec l’extrait du minerai contenant du cuivre, son raffinage et affinage et mise en forme avec la couche isolante. La compréhension de ce procédé va exiger l’étude de l’électrochimie, de la solubilité et des matières plastiques. ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. 1Auteurs : M Buschmann. l’industrie des fils électriques Au Canada: • 8900 employés • 2.17 milliards/an l’industrie du cuivre • consommation : 8.6 millions de tonnes par an • 0.5 million produites au Canada l’industrie des plastiques plastique = composé de polymères pétrochimiques comme éthylène, propylène, styrène. ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. 2Auteurs : M Buschmann. 3.2 Description du procédé 3.2.2 Purification du cuivre La source du cuivre est le minéral chalcopyrite CuFeS 2Seulement 1% du minéral brut est du cuivre. Ensemble du procédé - Figure 3.4 3.2.2.1 Concentration du minerai Figures 3.5 et 3.6 concassé traité pour le rendre hydrophobe flotté à la surface par des bulles d’air concentré à un teneur de 25% ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. ...
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
1
l industrie des fils électriques Au Canada:
•8900 employés
•2.17 milliards/an l industrie du cuivre
•consommation : 8.6 millions de tonnes par an
•0.5 million produites au Canada l industrie des plastiques plastique = composé de polymères pétrochimiques comme éthylène, propylène, styrène.
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
2
3.2 Description du procédé
3.2.2 Purification du cuivre La source du cuivre est le minéral chalcopyrite CuFeS2Seulement 1% du minéral brut est du cuivre. Ensemble du procédé - Figure 3.4
3.2.2.1 Concentration du minerai
Figures 3.5 et 3.6
concassé
traité pour le rendre hydrophobe
flotté à la surface par des bulles dair
concentré à un teneur de 25%
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
3
3.2.3Purification chimique par smeltage
Figures 3.7 et 3.8
Séparation du fer et du soufre par oxydation.
Cest fait à 1200 °C en présence doxygène
enrichi. Les oxydes se trouvent dans la scorie
(en haut). Le cuivre est enrichi (70%) dans la
matte (en bas).
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
4
3.2.4 Purification chimique au convertisseur Figures 3.9 et 3.10 Une continuation de loxydation du fer et du souffre pour les éliminer. Cuivre pur à 97%. Les réactions impliquées:
2FeS + 3O2+ SiO2→2FeO•SiO2+ 2SO2
Cu2S + O2→2Cu + SO2Le rendement du convertisseur dépend de la vitesse de ces réactions, ce qui nous amène à létude dela cinétique des réactions chimiques.
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
5
3.2.5 Purification par électro-affinage Même à un teneur de 97% en cuivre, le produit du convertisseur nest pas assez pur pour les exigences des fils électriques. Les blocs de cuivre produits par le convertisseurs sont utilisés comme des anodes dans des cellules électrolytiques.Figures 3.11 et 3.12 Dans la cellule électrolytique on intercale les blocs de cuivre brut (anodes) sortis du convertisseur, avec les blocs de cuivre pur (cathodes) dans une solution aqueuse de
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
6
CuSO4et H2SO4. En mettant un petit voltage positif à lanode par rapport à la cathode on fait que le cuivre (Cu++) dans lanode se dissolve en solution et coule à la cathode ou il est fixé pour augmenter la masse de celle-ci constitué de cuivre pur. Pour bien saisir ces phénomènes on a besoin des notions délectrochimie et des réactions doxydoréduction.
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
7
Ajout de gaines isolantes Les plastiques faits de polymères des produits pétrochimiques ont les propriétés voulues pour des gaines des fils électriques :
•isolants
•flexibles
•résistants au feu (par lajout des additifs)
•résistants à lhumidité des matériaux polyéthylène, chlorure de polyvinyle (PVC) Extrusion : procédé dajout dune gaine isolante à un fil électrique. Figure 3.2
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
8
3.3 Analyse environnementale du procédé Vue densemble Figure 3.13 3.3.1 Identification des matières premières et résiduelles.Tableau 3.1
3.3.3 Impact environnemental. SO4= pluie acide dautres métaux Traitement des rejets gazeux SO2est capté et transformé en H2SO4
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.
9
Traitement des effluents liquides. Pour retirer les ions des métaux lourds. Basé sur laétilibulosé/inilitolubsdes ions des métaux en fonction de pH etc. 3.5 Vue d ensemble des concepts. Figure 3.14 cinétique des réactions (fait au chapitre 2) lélectrochimiela solubilité les matières plastiques/polymères.
ING1030 Chimie pour Ingénieur, Hiver 2003. Notes de cours supplémentaires, Chapitre 3. Auteurs : M Buschmann.