Qu'est-ce que le cuivre ?
Le cuivre est un matériau ductile et malléable, hautement conducteur, résistant à la corrosion et doté de caractéristiques antimicrobiennes. Situé dans le tableau périodique sous le symbole Cu, le cuivre est utilisé depuis des milliers d'années en raison de sa capacité à être facilement plié et étiré. Sa production comprend l'extraction, souvent à partir du sol, dans des endroits tels que le Chili, et le raffinage pour obtenir du cuivre ou des alliages de cuivre. D'un point de vue environnemental, le cuivre est avantageux car il peut être entièrement recyclé, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'extraction constante et que le matériau a un faible impact sur l'environnement. Le British Geological Survey note que le cuivre est essentiel dans le monde moderne en raison de ses caractéristiques qui permettent de l'utiliser dans les industries qui ont besoin de conducteurs efficaces d'électricité et de chaleur.
Cuivre pur et alliages
| Propriété/caractéristique | Cuivre pur | Alliages de cuivre |
|---|---|---|
| Conductivité | Excellent conducteur d'électricité et de chaleur | Bonne à excellente, en fonction de l'alliage |
| Résistance à la corrosion | Haute résistance à la corrosion | Résistance accrue dans des alliages spécifiques comme le laiton et le bronze |
| Solidité et durabilité | Souple, facile à façonner et à former | Amélioration de la résistance et de la durabilité, varie selon l'alliage |
| Utilisations courantes | Câblage électrique, plomberie, ustensiles de cuisine | Quincaillerie marine, pièces de monnaie, instruments de musique, machines industrielles |
| Catégories | Métal à élément unique | Laiton (cuivre-zinc), bronze (cuivre-étain), cuivre au béryllium, maillechort |
| Propriétés magnétiques | Non-magnétique | Non-magnétique ou légèrement magnétique, en fonction de l'alliage |
| Apparence | Brun rougeâtre avec une surface brillante | Variable, peut être jaune, brun ou argenté en fonction des éléments d'alliage. |
| Propriétés antimicrobiennes | Fortes propriétés antimicrobiennes | Variable, les alliages comme le laiton présentent également des propriétés antimicrobiennes. |
| Recyclabilité | 100% recyclable | 100% recyclable, semblable au cuivre pur |
| Coût | Généralement plus cher en raison de sa pureté | Souvent moins cher en raison de la présence d'autres métaux |
Quelles sont les 10 utilisations du cuivre ?
Le cuivre est un métal très utile qui entre dans la composition de nombreux produits, des articles ménagers courants aux instruments technologiques sophistiqués. Voici dix utilisations importantes :
Bijoux
Le cuivre est couramment utilisé en bijouterie et est généralement associé à d'autres métaux pour créer des ornements solides et magnifiques. Le fait qu'il puisse se patiner au fil du temps est un atout, car cela donne à chaque pièce un aspect différent. Le cuivre possède également des qualités antibactériennes qui sont utiles aux personnes sensibles à la peau, car elles risquent moins d'avoir une réaction allergique. L'argent sterling est un alliage de cuivre et d'argent utilisé en bijouterie fine car il présente les meilleures caractéristiques des deux métaux.
Monnaie
Le cuivre est durable et ne se corrode pas facilement, c'est pourquoi il convient à la fabrication de pièces de monnaie. Les alliages de cuivre comme le bronze et le laiton sont utilisés dans la production de nombreuses pièces de monnaie dans le monde aujourd'hui. Le cuivre est utilisé dans la fabrication des pièces de monnaie depuis les temps les plus reculés et jusqu'à aujourd'hui en raison de sa durabilité et de la facilité de fabrication des pièces. Il possède également des propriétés antimicrobiennes qui contribuent à la prévention de la propagation des germes dans la monnaie physique.
Câblage électrique
Le cuivre est largement utilisé dans le câblage électrique, qui est l'une des applications les plus importantes de ce métal. La conductivité électrique du cuivre est très élevée, ce qui en fait le matériau le plus utilisé dans les applications électriques telles que l'électricité et la communication. Le câblage en cuivre est utilisé dans les maisons, les bâtiments et les machines industrielles pour une distribution efficace et sûre de l'énergie. Le cuivre présente également une bonne résistance à la corrosion, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications électriques et durable.
Pipeline
Le tube en cuivre est l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans les systèmes de plomberie des habitations et des entreprises. Il est non corrosif et antimicrobien, ce qui le rend idéal pour les systèmes d'eau potable qui dureront longtemps. Le cuivre résiste à la chaleur et est donc idéal pour les conduites d'eau chaude et les systèmes de chauffage. En outre, le cuivre est flexible et peut être utilisé dans différents systèmes de plomberie et peut être installé ou remplacé facilement.
Moteurs électriques
En raison de sa conductivité élevée et de sa capacité à résister à l'usure, le cuivre est utilisé dans les moteurs électriques. Ces moteurs sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment les appareils ménagers, les appareils commerciaux et les utilisations industrielles. Les bobinages en cuivre des moteurs électriques améliorent l'efficacité et les performances, ce qui permet d'économiser l'énergie et de protéger l'environnement. Les véhicules électriques ont également contribué à la demande de cuivre dans ce secteur, car leur développement se poursuit.
Boutons de porte et poignées de tirage
Le cuivre est préféré pour les boutons de porte et les poignées de tirage car il possède des caractéristiques antimicrobiennes. Ces surfaces peuvent éliminer les virus et les bactéries et conviennent aux habitations, aux bureaux et surtout aux hôpitaux. Le fait que le cuivre et ses alliages soient également très durables et d'aspect agréable les rend idéaux pour les applications architecturales où ils servent à la fois la forme et la fonction.
Équipement chimique
Le cuivre est couramment utilisé dans les équipements chimiques car il n'est pas facilement attaqué par la plupart des produits chimiques tels que l'acide sulfurique. Il est utilisé dans les échangeurs de chaleur, les réservoirs sous pression et les réacteurs pour assurer une longue durée de vie dans des conditions chimiques difficiles. Le cuivre a également une bonne conductivité thermique, ce qui est utile dans les processus de transfert de chaleur qui sont courants dans les industries.
Transport
Le cuivre est largement utilisé dans le secteur des transports, en particulier dans les voitures et les trains électriques. Les fils et les pièces en cuivre sont utilisés dans les systèmes électriques des automobiles pour garantir l'efficacité et la sécurité. Le cuivre est également utilisé dans les éoliennes et les véhicules électriques, qui s'inscrivent dans le cadre de la transition vers les énergies renouvelables et la mobilité verte.
Infrastructures médicales
En raison de sa nature antimicrobienne, le cuivre est très utile dans les établissements de santé. Il est utilisé dans les dispositifs médicaux et les surfaces pour prévenir la propagation des infections contractées à l'hôpital. Les alliages de cuivre sont également utilisés dans les instruments chirurgicaux et les implants en raison de la compatibilité du cuivre avec le corps humain et de sa capacité à durer longtemps. De nouvelles technologies médicales sont toujours en cours de création et le cuivre est utilisé de manière inédite dans ces technologies.
Instruments de musique
Le cuivre et ses alliages sont largement utilisés dans les instruments de musique, par exemple dans les cuivres. Le métal donne un son profond et résonnant que les musiciens préfèrent, en raison de ses qualités acoustiques. La ductilité du cuivre permet de fabriquer des instruments dans les moindres détails, ce qui permet de produire une musique de qualité aux sonorités précises. Le laiton est un métal fabriqué à partir de cuivre et de zinc. Il est largement utilisé dans la fabrication des trompettes, des trombones et des saxophones.
Comment le cuivre est-il extrait et traité ?
L'extraction du cuivre commence par l'exploitation minière, qui se fait généralement dans des régions telles que le Chili, qui possède d'importants gisements de cuivre. Le processus commence par le dynamitage du minerai dans les mines à ciel ouvert ou souterraines. Le minerai est ensuite acheminé vers des concasseurs où il est broyé en petites quantités. Le minerai broyé est ensuite réduit en poudre fine à l'aide de broyeurs à boulets ou de broyeurs à barres. Le minerai en poudre est ensuite envoyé dans des cellules de flottation où des produits chimiques sont ajoutés pour faire flotter les minéraux de cuivre au sommet des cellules, laissant derrière eux les stériles ou la gangue.
Le minerai de cuivre concentré, qui se présente sous la forme d'une boue, est transporté vers une fonderie. Dans le processus de fusion, le concentré est exposé à des températures élevées de plus de 1200 degrés Celsius, ce qui fait fondre le cuivre et le sépare des matériaux indésirables. Le cuivre fondu, appelé matte, est ensuite acheminé vers un convertisseur où il est encore raffiné en y insufflant de l'air ou de l'oxygène pour brûler le soufre et le fer. Enfin, le cuivre obtenu est soumis à un affinage électrolytique dans des cellules électrolytiques. Un courant électrique traverse une solution contenant des ions de cuivre, et ces derniers sont réduits pour former du cuivre pur qui se dépose sur les plaques cathodiques. Ce processus permet d'obtenir un cuivre d'une grande pureté, prêt à être utilisé dans différentes applications.
Équipement essentiel pour l'extraction et le traitement du cuivre
● Concasseurs : Employé pour réduire la taille du minerai extrait en des tailles plus maniables. Ils sont utilisés au stade initial de l'extraction du cuivre pour conditionner le minerai en vue des autres processus. Les types sont les suivants concasseur à mâchoires, concasseur à cône, concasseur à cylindres, concasseur à percussion, broyeur à marteaux.
● Broyeurs à billes: Machines cylindriques contenant des billes d'acier qui aident à broyer le minerai concassé en une fine poudre. Cette étape est très importante dans le processus de libération des minéraux de cuivre des matériaux environnants.
● Moulins à barres : Ils sont similaires aux broyeurs à boulets, mais les éléments broyants qu'ils utilisent sont de longues tiges. Ils sont utilisés lorsqu'une taille de particule plus fine n'est pas nécessaire, car ils offrent une autre méthode de broyage.
● Cribles vibrants: Utilisé après le broyage pour aider à séparer les particules fines des plus grosses. Cela permet d'obtenir une distribution uniforme des tailles pour le processus de flottation et donc d'en améliorer l'efficacité.
● Flottation Cellules : Réservoirs dans lesquels des produits chimiques sont ajoutés à la boue de minerai broyé pour former une mousse qui fait flotter les minéraux de cuivre loin des stériles. Cette étape est importante pour augmenter la concentration du minerai de cuivre.
● Hauts fourneaux : Utilisé dans le processus de fusion pour chauffer le concentré de cuivre à des températures supérieures à 1 200 degrés Celsius. Le cuivre fond alors et les impuretés sont séparées du cuivre.
● Les fours flash : Un autre type de four utilisé dans le processus de fusion est un type de four plus avancé que le haut fourneau, qui se caractérise par un temps de traitement plus court et une plus grande efficacité.
● Convertisseurs : Utilisé après la fusion pour affiner le cuivre fondu en y insufflant de l'air ou de l'oxygène afin d'éliminer le soufre et le fer.
● Cellules électrolytiques : Utilisé dans la dernière étape de l'affinage dans laquelle un courant électrique passe à travers une solution d'ions de cuivre et le cuivre pur se dépose sur les plaques cathodiques.
● Épaississants : Appliqué dans le processus de concentration pour augmenter la masse par unité de volume de la boue afin de faciliter la manipulation et le traitement dans les autres étapes.
Conclusion
Au fil des ans, les utilisations du cuivre se sont diversifiées dans les différentes technologies modernes. Le cuivre est largement utilisé dans les circuits imprimés et le câblage HDSL en raison de sa haute conductivité et de sa fiabilité dans les télécommunications et l'informatique d'aujourd'hui. La Copper Development Association note également l'utilisation croissante du cuivre dans les applications d'énergie renouvelable telles que les transformateurs pour l'énergie éolienne et les voitures électriques. Les surfaces en cuivre sont également considérées pour leurs caractéristiques d'auto-assainissement, qui contribuent à minimiser la transmission d'organismes viraux dans les hôpitaux. En outre, les caractéristiques particulières du sulfate de cuivre sont utilisées dans les domaines agricole et industriel. La demande de fils de cuivre pour les téléphones portables et d'autres appareils électroniques est toujours en hausse en raison de l'augmentation de la quantité de cuivre nécessaire pour les nouvelles fonctions. Le cuivre est toujours utilisé dans diverses applications telles que les poignées de porte, les rampes, les ustensiles de cuisine et les raccords de plomberie en raison de la durabilité et de l'aspect du matériau. Avec l'augmentation de la production mondiale de cuivre, de nouvelles applications du cuivre et de ses alliages seront découvertes pour faire progresser différents secteurs et disciplines.
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