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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. ...

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Extrait

 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.



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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. 

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3.2 Description du procédé 

3.2.2 Purification du cuivre La source du cuivre est le minéral chalcopyrite CuFeS 2  Seulement 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%

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3.2.3Purification chimique par smeltage

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Figures 3.7 et 3.8

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Séparation du fer et du soufre par oxydation.

Cest fait à 1200 °C en présence doxygène

enrichi. Les oxydes se trouvent dans la scorie

(en haut). Le cuivre est enrichi (70%) dans la

matte (en bas).



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3.2.4 Purification chimique au convertisseur  Figures 3.9 et 3.10  Une continuation de loxydation du fer et du souffre pour les éliminer. Cuivre pur à 97%.  Les réactions impliquées:

2FeS + 3O 2 + SiO 2 →2FeO•SiO 2 + 2SO 2 

Cu 2 S + O 2 →2Cu + SO 2  Le rendement du convertisseur dépend de la vitesse de ces réactions, ce qui nous amène à létude dela cinétique des réactions chimiques. 

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3.2.5 Purification par électro-affinage  Même à un teneur de 97% en cuivre, le produit du convertisseur nest 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

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CuSO 4 et H 2 SO 4 . En mettant un petit voltage positif à lanode par rapport à la cathode on fait que le cuivre (Cu ++ ) dans lanode 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 délectrochimie et des réactions doxydoréduction. 

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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 lajout des additifs)

•résistants à lhumidité  des matériaux polyéthylène, chlorure de polyvinyle (PVC)  Extrusion : procédé dajout dune gaine isolante à un fil électrique. Figure 3.2

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3.3 Analyse environnementale du procédé Vue densemble Figure 3.13  3.3.1 Identification des matières premières et résiduelles. Tableau 3.1

 3.3.3 Impact environnemental.  SO 4 = pluie acide dautres métaux  Traitement des rejets gazeux  SO 2 est capté et transformé en H 2 SO 4  

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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) lélectrochimie la solubilité les matières plastiques/polymères. 

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3.6 Concepts et exemples

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3.6.1 Électrochimie

Les réactions chimiques qui impliquent un

transfert délectrons sont dune importance

centrale dans plusieurs domaines du génie tels

laffinage de cuivre, les piles, la rouille et la

corrosion des métaux, les capteurs

biomédicaux, etc. Les réactions chimiques qui

impliquent un transfert délectrons sappellent

les réactions doxydoréduction. Par exemple

limmersion de zinc dans un acide fort induit la

réaction suivante : Zn(s) + 2H + (aq)→Zn 2+ (aq) + H 2 (g)

(Fig 20.1 du livre)

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