Cuivre

Le cuivre a probablement été le premier métal utilisé par l'homme. On pense que les gens du néolithique l'ont utilisé comme substitut de la pierre vers 8000 avant notre ère. Vers 4000 avant notre ère, les Égyptiens ont coulé du cuivre dans des moules. En 3500 avant notre ère, il a commencé à être allié avec étain produire du bronze. Il est opaque, brillant et rose saumon métallique sur les surfaces fraîchement cassées, mais vire rapidement au brun terne. Les cristaux sont rares, mais lorsqu'ils sont formés, ils sont soit cubiques soit dodécaédriques, souvent disposés en agrégats ramifiés. La plupart se présentent sous forme de masses irrégulières, aplaties ou ramifiées. C'est l'un des rares métaux qui se présente sous la forme "native" sans être lié à d'autres éléments. Le cuivre natif semble être un minéral secondaire, résultat de l'interaction entre les solutions cuprifères et les solutions ferrugineuses. minéraux.

Nom: Du latin cuprum, à son tour du grec kyprios, Chypre, île à partir de laquelle le métal a été produit au début.

Ingrédients : Typiquement avec seulement de petites quantités d'autres métaux.

Association: Argent, chalcocite, bornite, cuprite, malachite, azurite, ténorite, fonte oxydes, de nombreux autres minéraux.

Propriétés chimiques

Le cuivre est un élément chimique avec le symbole Cu et le numéro atomique 29. C'est un métal mou, malléable et ductile avec une conductivité thermique et électrique très élevée. Voici quelques-unes des principales propriétés chimiques du cuivre :

1. Numéro atomique: 29
2. Poids atomique: 63.55
3. Densité: 8.96 g / cm³
4. Point de fusion : 1,083 °C (1,981 °F)
5. Point d'ébullition : 2,562 °C (4,644 °F)
6. États d'oxydation : +1, +2
7. Électronégativité : 1.9
8. Énergie d'ionisation : 745.5 kJ/mol
9. Conductivité thermique : 401 W/(m·K)
10. Conductivité électrique : 59.6 × 10^6 S/m

Le cuivre est également très réactif avec certains acides et non-métaux comme l'oxygène et soufre, c'est pourquoi il développe souvent une patine verdâtre au fil du temps lorsqu'il est exposé à l'air et à l'humidité. Cette patine est en fait une couche de carbonate de cuivre qui protège le métal sous-jacent d'une nouvelle corrosion.

Propriétés physiques

Couleur	Rouge sur une surface fraîche, brun terne sur une surface ternie
Traînée	Rouge cuivré métallisé
Lustre	Métallique
Décolleté	Aucun
Diaphanéité	Opaque
Dureté de Mohs	Entre 2.5 et 3
densité	8.9
Propriétés diagnostiques	Couleur, lustre, densité, malléabilité, ductilité
Système cristallin	Isométrique
Ténacité	Malléable
Fracture	Hackly
Densité	8.94 – 8.95 g/cm3 (mesuré) 8.93 g/cm3 (calculé)

Propriétés optiques

Le cuivre a des propriétés intéressantes propriétés optiques qui l'ont rendu utile dans une variété d'applications. Voici quelques-unes de ses propriétés optiques :

1. Couleur : Le cuivre a une couleur rouge-orange distinctive lorsqu'il est à l'état pur, mais il peut également apparaître brun ou gris selon sa finition de surface et la présence d'autres éléments ou composés.
2. Lustre : Le cuivre a un lustre métallique brillant, ce qui signifie qu'il reflète bien la lumière et semble brillant.
3. Transparence : Le cuivre n'est pas transparent à la lumière visible, ce qui signifie que la lumière ne peut pas le traverser.
4. Réflectivité : Le cuivre est hautement réfléchissant, ce qui signifie qu'il réfléchit très efficacement la lumière sur sa surface. Cela le rend utile dans les applications où la réflexion est souhaitée, comme dans les miroirs.
5. Conductivité électrique : Le cuivre est un excellent conducteur d'électricité, ce qui le rend utile dans le câblage électrique et d'autres applications où l'électricité doit être conduite efficacement.
6. Conductivité thermique : Le cuivre est également un excellent conducteur de chaleur, ce qui le rend utile dans des applications telles que les dissipateurs de chaleur et les casseroles.
7. Spectres d'absorption : Le cuivre a des spectres d'absorption distincts dans les régions visible et infrarouge, qui peuvent être utilisés à des fins d'analyse et de détection.

Dans l'ensemble, les propriétés optiques du cuivre en font un matériau polyvalent utile dans une variété d'applications.

Classification des minéraux de cuivre

Les minéraux de cuivre peuvent être classés en fonction de leur composition chimique et de leur structure cristalline. Certaines classifications courantes incluent :

1. Cuivre natif : Cuivre présent sous sa forme métallique pure, généralement sous forme de pépites ou de fils.
2. Sulfures : Les minéraux de sulfure de cuivre comprennent chalcopyrite (CuFeS2), bornite (Cu5FeS4), chalcocite (Cu2S), covellite (CuS) et énargite (Cu3AsS4).
3. Oxydes : Les minéraux d'oxyde de cuivre comprennent la cuprite (Cu2O) et la ténorite (CuO).
4. Carbonates : Les minéraux de carbonate de cuivre comprennent malachite (Cu2CO3(OH)2) et azurite (Cu3(CO3)2(OH)2).
5. Silicates : les minéraux de silicate de cuivre comprennent chrysocolle (CuSiO3·2H2O) et dioptase (CuSiO2(OH)2).
6. Éléments natifs : Le cuivre peut également se présenter sous sa forme métallique pure sous forme de structures dendritiques ou filiformes.

Ces minéraux peuvent être trouvés dans une variété de paramètres géologiques, y compris le cuivre porphyrique Cautions, gisements de sulfures massifs hébergés dans des volcans, gisements de cuivre hébergés dans des sédiments et skarn dépôts.

Minéraux de cuivre courants et leurs propriétés

Voici quelques minéraux de cuivre courants et leurs propriétés :

1. Chalcopyrite: C'est le minéral de cuivre le plus commun, et il a la formule chimique CuFeS2. La chalcopyrite a une couleur jaune cuivrée, un éclat métallique et une dureté de 3.5 à 4 sur l'échelle de Mohs. On le trouve souvent avec d'autres minéraux sulfurés.
2. Bornite: Également connue sous le nom de minerai de paon en raison de sa coloration bleu-violet irisé, la bornite a la formule chimique Cu5FeS4. Il a une dureté de 3 sur l'échelle de Mohs et se trouve souvent dans les veines hydrothermales avec d'autres minéraux de cuivre.
3. Malachite: Ce minéral vert a la formule chimique Cu2CO3(OH)2 et est formé par le érosion of minerai de cuivre dépôts. Il a une dureté de 3.5 à 4 sur l'échelle de Mohs et est souvent utilisé comme pierre décorative.
4. Azurite: Ce minéral bleu a la formule chimique Cu3(CO3)2(OH)2 et est également formé par l'altération du cuivre gisements de minerai. Il a une dureté de 3.5 à 4 sur l'échelle de Mohs et se trouve souvent en combinaison avec la malachite.
5. Cuprite : Ce minéral rouge a la formule chimique Cu2O et est formé par l'oxydation des sulfures de cuivre. Il a une dureté de 3.5 à 4 sur l'échelle de Mohs et se trouve souvent en association avec d'autres minéraux de cuivre.
6. Covellite : Ce minéral bleu-noir a la formule chimique CuS et se trouve souvent dans les veines hydrothermales avec d'autres minéraux sulfurés. Il a une dureté de 1.5 à 2.5 sur l'échelle de Mohs.
7. Tétraédrite : Ce minéral gris-noir a la formule chimique Cu12Sb4S13 et se trouve souvent dans les veines hydrothermales avec d'autres minéraux sulfurés. Il a une dureté de 3-4 sur l'échelle de Mohs.

Ce ne sont là que quelques exemples des nombreux minéraux de cuivre qui existent, et leurs propriétés peuvent varier en fonction de leur composition chimique spécifique et du contexte géologique.

Facteurs affectant la minéralisation du cuivre

Plusieurs facteurs peuvent influencer la formation et la concentration de la minéralisation du cuivre, notamment :

1. Géologie : La présence d'un hôte approprié roches et des structures géologiques favorables, telles que défauts ou fractures, peuvent fournir des voies permettant aux fluides de minéralisation de s'écouler et de déposer des minéraux de cuivre.
2. Cadre tectonique : La minéralisation du cuivre est souvent associée à des régions d'activité tectonique, comme les zones de subduction, où le magma et fluides hydrothermaux peuvent être générés et transportés à la surface de la Terre.
3. Température et pression : La minéralisation du cuivre est généralement associée à une activité hydrothermale, qui est influencée par les conditions de température et de pression. Des conditions de haute température et de haute pression peuvent faciliter le dépôt de minéraux de cuivre.
4. Chimie des fluides : La composition chimique des fluides de minéralisation, y compris leur pH, leur état d'oxydation et la concentration de métaux et de ligands, peut affecter la solubilité et le dépôt des minéraux de cuivre.
5. Temps : plus un système de minéralisation est actif longtemps, plus les minéraux de cuivre ont la possibilité de s'accumuler et de former des gisements économiquement viables.

Méthodes d'exploration des minerais de cuivre

L'exploration des minéraux de cuivre implique généralement une combinaison de techniques, y compris la cartographie géologique, l'échantillonnage géochimique, les levés géophysiques et le forage.

La cartographie géologique implique l'examen détaillé et la cartographie des roches de surface et des affleurements pour identifier les caractéristiques géologiques associées à la minéralisation du cuivre, telles que altération zones, veines et brèches.

L'échantillonnage géochimique implique la collecte et l'analyse d'échantillons de roche, de sol et d'eau pour détecter des concentrations anormales de cuivre et d'autres éléments associés à la minéralisation.

Les levés géophysiques utilisent diverses méthodes, y compris les levés magnétiques, gravimétriques et électromagnétiques, pour détecter les changements dans les propriétés physiques des roches qui peuvent indiquer la présence de minéralisation de cuivre.

Le forage est utilisé pour tester et confirmer la présence et l'étendue de la minéralisation de cuivre en profondeur. Diamant le forage est la méthode la plus courante, mais d'autres méthodes telles que le forage à circulation inverse peuvent également être utilisées.

Les techniques d'exploration modernes utilisent également des technologies de télédétection, telles que l'imagerie par satellite et la photographie aérienne, pour aider à identifier les zones potentielles d'exploration ultérieure.

Apparition

Le cuivre est un élément relativement abondant dans la croûte terrestre, avec une concentration estimée à environ 50 parties par million (ppm). On le trouve dans divers minéraux, dont la chalcopyrite (CuFeS2), la bornite (Cu5FeS4), la chalcocite (Cu2S), la cuprite (Cu2O), la malachite (Cu2CO3(OH)2) et l'azurite (Cu3(CO3)2(OH)2) , entre autres.

Les gisements de cuivre sont généralement formés par des processus hydrothermaux associés à une activité ignée. Ces processus impliquent la circulation de fluides chauds riches en minéraux à travers des fractures et d'autres ouvertures dans la roche environnante. Au fur et à mesure que les fluides refroidissent, les minéraux qu'ils transportent se déposent dans les veines, les fractures et d'autres caractéristiques structurelles.

Le cuivre se trouve aussi dans roches sédimentaires et dans certains gisements associés à l'activité volcanique. De plus, le cuivre peut être trouvé à l'état de traces dans l'eau de mer, bien que la concentration soit trop faible pour être économiquement viable pour l'exploitation minière.

Paramètres géologiques de la minéralisation du cuivre

La minéralisation du cuivre peut se produire dans une variété de contextes géologiques, mais les plus courants comprennent :

1. Gisements de cuivre porphyrique: Il s'agit des sources de cuivre les plus importantes au monde et elles sont associées à d'importants roches ignées. Des gisements de cuivre porphyrique se forment dans la croûte peu profonde (à moins de 1 à 6 km de profondeur) lorsque des fluides chauds riches en métaux montent des chambres magmatiques de refroidissement et rencontrent des roches plus froides, provoquant la précipitation du cuivre et d'autres métaux dans la roche environnante.
2. Gisements de cuivre hébergés dans des sédiments: Ces dépôts se produisent au sein de roches sédimentaires qui se sont déposées dans des environnements marins ou lacustres. Le cuivre est généralement associé à de schiste, grès, et des roches carbonatées, et les dépôts peuvent être stratiformes (parallèles au litage) ou structurellement contrôlés.
3. Sulfure massif volcanogène (VMS) dépôts: Ce sont généralement des dépôts de taille petite à moyenne qui se forment sur ou près du fond marin dans des roches volcaniques ou sédimentaires. Ils se caractérisent par des teneurs élevées en cuivre, zinc, conduire, et d'autres métaux, et sont souvent associés à des évents hydrothermaux sur le fond marin.
4. Skarns de cuivre: Ceux-ci sont gisements hydrothermaux qui se produisent dans les roches carbonatées, généralement près des intrusions de roches granitiques ou dioritiques. Dépôts de skarn sont généralement caractérisés par des teneurs élevées en cuivre, ainsi que des quantités importantes d'autres métaux tels que or, vis argent, et molybdène.
5. Dépôts d'oxyde de cuivre: Ces dépôts se trouvent généralement près de la surface et sont formés par les intempéries et l'oxydation des minéraux de sulfure de cuivre. Ils se produisent généralement dans les régions arides ou semi-arides, où les minéraux de cuivre sont lessivés des roches par les eaux souterraines acides et s'accumulent sous la forme de minéraux d'oxyde de cuivre.

Ce ne sont là que quelques-uns des contextes géologiques les plus courants pour la minéralisation du cuivre, et il en existe bien d'autres également.

Importance des minéraux de cuivre

Les minéraux de cuivre sont importants car ils constituent la principale source de cuivre métallique, un métal industriel précieux utilisé dans une large gamme d'applications. Le cuivre est un excellent conducteur d'électricité et est largement utilisé dans les industries électriques et électroniques pour le câblage, les moteurs, les générateurs et d'autres équipements. Le cuivre est également utilisé dans la construction, la plomberie et les systèmes de chauffage en raison de sa conductivité thermique élevée et de sa résistance à la corrosion. De plus, le cuivre est utilisé dans la production de laiton et de bronze, deux alliages importants utilisés dans la fabrication de divers produits. Le cuivre est également un nutriment essentiel pour la santé humaine, avec une gamme de rôles biologiques dans le corps, y compris la formation de globules rouges et le maintien d'un tissu conjonctif sain.

Zone d'utilisation

Le cuivre a une large gamme d'utilisations dans diverses industries et applications en raison de son excellente conductivité électrique, de sa malléabilité, de sa ductilité et de sa résistance à la corrosion. Certains des principaux domaines où le cuivre est utilisé comprennent :

1. Industrie électrique : Le cuivre est un métal hautement conducteur et est largement utilisé dans le câblage électrique, la production d'énergie et la transmission. Il est également utilisé dans la production de moteurs, transformateurs, interrupteurs et autres équipements électriques.
2. Industrie de la construction : le cuivre est utilisé dans la plomberie, les toitures et les revêtements en raison de sa résistance à la corrosion et de sa durabilité. Il est également utilisé dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation.
3. Industrie automobile : le cuivre est utilisé dans la production de radiateurs, d'échangeurs de chaleur et de câbles électriques.
4. Industrie électronique : Le cuivre est utilisé dans la production de cartes de circuits imprimés, de puces informatiques et d'autres composants électroniques.
5. Industrie médicale : le cuivre est utilisé dans les équipements médicaux, tels que les appareils à rayons X, en raison de son excellente conductivité électrique et de sa radio-opacité.
6. Monnayage : Le cuivre est utilisé dans la production de pièces de monnaie en raison de sa durabilité et de sa résistance à la corrosion.
7. Applications décoratives : le cuivre est utilisé dans les bijoux, les sculptures et d'autres applications décoratives en raison de sa couleur brun rougeâtre attrayante et de sa malléabilité.
8. Propriétés antimicrobiennes : Le cuivre a des propriétés antimicrobiennes naturelles et est utilisé dans la production d'équipements hospitaliers, de poignées de porte et d'autres surfaces à contact élevé pour réduire la propagation des infections.

Dans l'ensemble, le cuivre est un métal polyvalent avec un large éventail d'utilisations dans diverses industries et applications.

Répartition mondiale des minerais de cuivre

Les minéraux de cuivre se trouvent dans de nombreuses régions du monde et la production de cuivre est une industrie majeure dans de nombreux pays. Les principaux pays producteurs de cuivre au monde sont le Chili, le Pérou, la Chine, les États-Unis, l'Australie, la République démocratique du Congo, la Zambie, la Russie et le Canada.

Le Chili est le plus grand producteur de cuivre au monde, représentant environ 28 % de la production mondiale de cuivre en 2020. Le Pérou est le deuxième producteur, suivi de la Chine et des États-Unis. Parmi les autres grands pays producteurs de cuivre figurent l'Indonésie, le Mexique, le Kazakhstan et la Pologne.

Les minéraux de cuivre se trouvent généralement en association avec d'autres minéraux tels que l'or, l'argent, le plomb et le zinc, et sont souvent extraits en tant que sous-produits de ces autres métaux. Certains des cuivres les plus importants gisements minéraux dans le monde comprennent la mine Chuquicamata et la mine Escondida au Chili, la mine Grasberg en Indonésie et la mine Olympic Dam en Australie.

• Aux États-Unis, sous forme de masses remarquablement grandes et d'excellents gros cristaux dans les gisements de la péninsule de Keweenaw, Keweenaw et Houghton Cos., Michigan; dans plusieurs gisements de porphyre en Arizona, y compris ceux de la mine New Cornelia, Ajo, Pima Co. ; la Copper Queen et d'autres mines à Bisbee, Cochise Co.; et à Ray, Gila Co. ; de même dans la mine Chino à Santa Rita, Grant Co., Nouveau-Mexique.
• En Namibie, à la mine d'Onganja, à 60 km au nord-est de Windhoek, et à Tsumeb.
• En gros cristaux de la mine de Turinsk, Bogoslovsk, montagnes de l'Oural, Russie.
• En Allemagne, à Rheinbreitbach, Rhénanie-du-Nord-Westphalie, et la mine Friedrichssegen, près de Bad Ems, Rhénanie-Palatinat.
• Dans de beaux spécimens provenant de nombreuses mines de Cornouailles, en Angleterre.
• En Australie, à Broken Hill, Nouvelle-Galles du Sud.
• Au Chili, à Andacolla, près de Coquimbo. De Bolivie, à Corocoro.

Tendances de la demande et de la production de cuivre

Le cuivre est un métal largement utilisé avec un large éventail d'applications, y compris le câblage électrique, la plomberie, la construction et l'électronique. Par conséquent, la demande mondiale de cuivre est fortement influencée par les tendances de ces industries.

Au cours des dernières décennies, la demande de cuivre n'a cessé d'augmenter en raison de l'utilisation croissante d'appareils électroniques, du développement des infrastructures dans les économies émergentes et de l'électrification des transports. Selon l'International Copper Study Group (ICSG), la consommation mondiale de cuivre a augmenté à un taux annuel moyen de 3.4 % entre 2000 et 2019.

La production de cuivre a également augmenté pour répondre à cette demande croissante. Les plus grands producteurs de cuivre sont le Chili, le Pérou, la Chine, les États-Unis et la République démocratique du Congo. En 2020, la production mondiale des mines de cuivre était estimée à environ 20 millions de tonnes métriques.

Cependant, la production de cuivre peut être affectée par divers facteurs, tels que les catastrophes naturelles, les grèves et les fluctuations des prix des matières premières. Par exemple, la pandémie de COVID-19 en 2020 a entraîné une baisse temporaire de la production de cuivre en raison de fermetures de mines et de perturbations de la chaîne d'approvisionnement.

Dans l'ensemble, la demande de cuivre devrait continuer d'augmenter dans les années à venir, tirée par la croissance des énergies renouvelables, des véhicules électriques et d'autres applications de haute technologie.

Bibliographie

En ligneBonewitz, R. (2012). Roches et minéraux. 2e éd. Londres : DK Publishing.
Manuel de minéralogie.org. (2019). Manuel de Minéralogie. [en ligne] Disponible sur : http://www.handbookofmineralogy.org [Consulté le 4 mars 2019].
Mindat.org. (2019). Cuivre : Informations minérales, données et localités..
Disponible sur : https://www.mindat.org/min-727.html [Consulté le 4 mars 2019].