Au cours de la production et de l’affinage des métaux, on sépare au moyen d’une série de réactions physiques et chimiques les matériaux précieux des éléments sans valeur. Le produit final est un métal contenant des quantités connues d’impuretés. La fusion et l’affinage primaires permettent d’obtenir des métaux directement à partir des concentrés de minerais, tandis que la fusion et l’affinage secondaires produisent des métaux à partir de ferrailles, de déchets de production, etc. On entend par ferrailles l’ensemble des déchets de pièces métalliques, barres, copeaux de tournage, tôles et fils métalliques qui sont soit hors spécifications, soit usés, mais qui peuvent être recyclés (voir au présent chapitre l’article «La récupération et le recyclage des métaux non ferreux»).

Deux grandes catégories de méthodes sont appliquées pour obtenir des métaux affinés, les méthodes pyrométallurgiques et les méthodes hydrométallurgiques . Les premières font appel à la chaleur pour séparer des autres matériaux les métaux que l’on souhaite obtenir. Ces opérations tirent parti des différences de potentiels d’oxydation, de points de fusion, de tension de vapeur, de densité ou de miscibilité des composants des minerais à l’état de fusion. Dans les secondes, les métaux recherchés sont séparés des autres matériaux au moyen de techniques qui utilisent les différences de solubilité ou de propriétés électrochimiques des constituants lorsqu’ils sont en solution aqueuse.

Dans la pyrométallurgie, le minerai, une fois enrichi (concentré par écrasement, broyage, flottation et séchage) est fritté ou grillé (calciné) en présence d’autres matériaux tels que des poussières de dépoussiérage et un fondant. Le concentré est ensuite fondu dans un haut-fourneau d’où sort le métal brut de première fusion. Ce dernier subit ensuite une troisième opération destinée à l’amener au degré de pureté souhaité. A chaque opération de chauffage de minerai ou de métal brut, il y a production de déchets. Les poussières provenant de la ventilation et les gaz de procédés peuvent être recueillis dans un dépoussiéreur pour être soit éliminés, soit recyclés, selon la teneur résiduelle en métal. Le soufre contenu dans le gaz est également recueilli et, dès que les concentrations dépassent 4%, il peut être converti en acide sulfurique. Selon l’origine du minerai et sa teneur en métaux résiduels, divers métaux tels que l’or et l’argent peuvent aussi être récupérés comme sous-produits.

Le grillage est un important procédé pyrométallurgique. On a recours à un grillage sulfatant pour la production du cobalt et du zinc. Il s’agit de séparer les métaux de manière à les rendre solubles dans l’eau et à pouvoir leur faire subir un second traitement, hydrométallurgique celui-ci.

La fusion des minerais sulfurés permet d’obtenir un concentré de métal partiellement oxydé (la matte). Lors de la fusion, les matières sans valeur, du fer le plus souvent, forment une scorie avec le fondant et sont transformées en oxyde. Dans le convertis-seur, la matte débarrassée du fer à l’état de scorie se transforme en métal pur. Cette méthode est utilisée pour la production du cuivre et du nickel. Le fer, le ferrochrome, le plomb, le magnésium et les composés ferreux sont obtenus par fusion réductrice du minerai en présence de charbon de bois et d’un fondant (calcine), la fusion ayant généralement lieu dans un four électrique (voir chapitre no 73, «La sidérurgie», de l’Encyclopédie ). L’électrolyse en milieu sels fondus, utilisée pour la production de l’aluminium, est un autre exemple de procédé pyrométallurgique.

Les températures élevées que requiert la pyrométallurgie par voie sèche s’obtiennent en brûlant des combustibles fossiles ou en utilisant la réaction exothermique du minerai lui-même, comme dans le cas du procédé dit de fusion éclair. Ce dernier est un exemple de cette forme de métallurgie consistant à oxyder le fer et le soufre du concentré de minerai. La réaction exothermique obtenue, associée à un système de récupération de la chaleur, permet des économies d’énergie considérables dans l’opération de fusion. Ce procédé, de par la forte proportion de soufre qui peut être récupérée, est également intéressant sur le plan de l’environnement. C’est pourquoi la plupart des installations modernes de production de cuivre et de nickel y font appel.

On peut citer, entre autres exemples d’hydrométallurgie, la lixiviation, la précipitation, la réduction électrolytique, l’échange d’ions, la séparation sur membrane et l’extraction par solvants. La première étape des procédés hydrométallurgiques consiste à séparer par lixiviation au moyen, par exemple, d’acide sulfurique, les métaux intéressants des matières moins valables. La lixiviation est souvent précédée d’un prétraitement (par exemple, grillage sulfatant). Cette opération exige souvent des pressions élevées, l’apport d’oxygène ou de hautes températures. Elle peut également faire appel à l’électricité. A partir de la solution obtenue par lixiviation, le métal souhaité, ou son composé, sont recueillis par précipitation ou réduction, au moyen de diverses méthodes. C’est ainsi que dans la métallurgie du cobalt et du nickel la réduction s’effectue avec un gaz.

L’électrolyse des métaux en solutions aqueuses fait également partie des procédés de l’hydrométallurgie. Dans l’électrolyse, il y a réduction de l’ion métallique au métal. Le métal est dissout dans une solution acide faible à partir de laquelle il précipite sur les cathodes, sous l’influence d’un courant électrique. La plupart des métaux non ferreux peuvent être également affinés par électrolyse.

Souvent aussi, on applique des procédés mixtes, qui combinent pyrométallurgie et hydrométallurgie, selon le concentré de minerai à traiter ou le type de métal à affiner. La production du nickel en est un exemple.

La prévention des risques et des accidents en métallurgie est avant tout une question de formation et de technique. Les examens médicaux sont secondaires et ne viennent qu’en complément de la prévention des risques professionnels. Au sein de l’entreprise, c’est par une collaboration et un échange d’informations poussés entre les services de la planification, de la production, de la sécurité et de la santé au travail que les meilleurs résultats sont obtenus.

Les mesures préventives les plus efficaces et les moins coûteuses sont celles prises dès le stade des études, lors de la construction d’une usine ou de l’introduction d’un nouveau procédé. Si l’on projette de nouvelles installations de production on devrait, au minimum, prendre en considération les aspects suivants:

•   les sources potentielles de contaminants atmosphériques devraient être confinées et isolées;
•   les différentes machines devraient être conçues et disposées de telle manière qu’elles soient facilement accessibles aux fins de leur maintenance;
•   toutes les zones où il existe un risque d’accident devraient être surveillées en permanence, les mises en garde nécessaires étant affichées en bonne place. Par exemple, les zones comportant le risque d’exposition aux arsines ou au cyanure d’hydrogène devraient être surveillées en permanence;

•   l’introduction et la manipulation des substances chimiques toxiques devraient être conçues de manière à éviter toute intervention manuelle;
•   s’agissant de la protection au travail, il devrait être fait appel chaque fois que possible aux dispositifs d’échantillonnage individuels pour évaluer l’exposition réelle de chaque travailleur. En effet, si les analyses périodiques des gaz, des poussières et du niveau de bruit à poste fixe fournissent bien une approximation de l’exposition, elles ne peuvent jouer qu’un rôle d’appoint en matière d’évaluation des doses d’exposition;
•   en ce qui concerne l’aménagement des espaces de travail, il devrait être tenu compte des agrandissements ou des transformations futurs envisagés de manière à éviter toute dégradation des normes en matière de sécurité et de santé au travail;

•   il devrait être prévu des moyens permanents de formation et d’instruction, non seulement pour le personnel de sécurité et de santé, mais aussi pour les agents de maîtrise et les travailleurs. Les personnes venant d’être recrutées devraient être complètement informées des risques potentiels et de la manière de s’en prémunir aux différents postes de travail. Enfin, toute introduction de nouveaux procédés de fabrication s’accompagnera d’une formation;
•   les pratiques de travail ont également leur importance. Par exemple, le fait de manger et de fumer sur les lieux de travail est de nature à augmenter considérablement l’exposition personnelle;
•   la direction devrait mettre en place un système de surveillance fournissant des données suffisantes pour la prise de décisions techniques ou économiques.

Ci-après sont mentionnés les principaux risques et les principales précautions à prendre dans le secteur de la fusion et de l’affinage des métaux.

On trouve dans le secteur de la fusion et de l’affinage des métaux un taux d’accidents plus élevé que dans la plupart des autres industries. Parmi les sources d’accidents, on doit citer: les éclaboussures et débords de métal et de laitier en fusion causant des brûlures; les explosions de gaz et les explosions par contact de métal en fusion avec l’eau; les collisions avec des locomotives, des wagons, des grues et autres équipements en mouvement; les chutes d’objets lourds; les chutes à partir d’un point surélevé (par exemple, la cabine d’une grue ou d’un pont roulant); ainsi que les glissades et chutes occasionnés par des obstacles au sol.

Les précautions à prendre comprennent: une formation adéquate; le port d’équipements de protection individuelle (casque, chaussures de sécurité, gants de travail et vêtements de protection); des pratiques correctes en matière de stockage, d’entretien et de maintenance des équipements; l’observation des règles de la circulation dans le cas des équipements en mouvement (avec itinéraires balisés et système efficace de signalisation et d’avertissement); et un programme de protection contre les chutes.

Les coups de chaleur constituent un risque omniprésent, en raison surtout du rayonnement infrarouge des hauts-fourneaux et du métal en fusion. Le problème se pose de façon particulièrement aiguë lorsqu’il s’agit de travaux pénibles dans un environnement très chaud.

La prévention des troubles liés à la chaleur peut nécessiter la mise en place de rideaux d’eau ou d’air devant les hauts-fourneaux, le refroidissement ponctuel, l’utilisation de cabines fermées et climatisées, de vêtements calorifuges et de combinaisons à refroidissement d’air, des périodes d’acclimatation de durée suffisante, des pauses dans des endroits frais, ainsi qu’une provision suffisante de boissons fraîches.

Les opérations de fusion et d’affinage sont liées à des expositions aux poussières, vapeurs, gaz et autres substances chimiques. Le concassage et le broyage des minerais peuvent notamment entraîner des expositions élevées aux poussières de silice et de métaux toxiques (contenant du plomb, de l’arsenic et du cadmium, par exemple). Il faut également compter avec les expositions aux poussières lors des travaux d’entretien des hauts-fourneaux. Pendant les opérations de fusion, ce sont les fumées métalliques qui posent le plus de problèmes.

On peut protéger le personnel contre les émissions de poussières et de fumées en confinant les opérations, en automatisant les procédés de fabrication, en recourant à la ventilation avec aspiration localisée ou par dilution, en mouillant les matériaux, en réduisant au minimum leur manutention et en apportant diverses améliorations aux procédés de fabrication. Si cela ne suffit pas, on doit prévoir des appareils de protection respiratoire.

Lors de nombreuses opérations de fusion, il y a émission de grandes quantités de dioxyde de soufre provenant des minerais sulfurés et de monoxyde de carbone résultant des processus de combustion. Une ventilation avec aspiration localisée ou par dilution est indispensable.

L’acide sulfurique peut être présent soit comme sous-produit des opérations de fusion, soit comme agent employé pour l’affinage électrolytique et la lixiviation des métaux. Il peut y avoir exposition à l’acide sous ses deux formes, liquide et vapeurs. La protection de la peau et des yeux, ainsi qu’une ventilation avec aspiration localisée sont nécessaires.

La fusion et l’affinage de certains métaux présentent des risques particuliers. C’est, par exemple, le cas de l’exposition au nickel-carbonyle dans l’affinage du nickel, aux fluorures dans la fusion de l’aluminium, à l’arsenic dans la fusion et l’affinage du cuivre et du plomb et au mercure et au cyanure dans l’affinage de l’or. Chacune de ces opérations exige des précautions particulières.

Le rayonnement visible et le rayonnement infrarouge des hauts-fourneaux et du métal en fusion peuvent occasionner des atteintes oculaires, dont la cataracte. Le port de lunettes spéciales et d’écrans faciaux devrait être imposé. Les niveaux élevés de rayonnement infrarouge peuvent être aussi à l’origine de brûlures cutanées en l’absence de vêtements protecteurs.

Les niveaux sonores élevés qui accompagnent le broyage des minerais ou qui sont produits par les souffleries et les fours électriques à haute énergie peuvent être cause de perte auditive. S’il n’est pas possible de confiner ou d’isoler la source du bruit, il y aura lieu de porter des équipements de protection de l’ouïe. Un programme de préservation de l’ouïe, comportant notamment des tests audiométriques et une formation, devrait être mis en place.

Les procédés électrolytiques comportent des risques électriques. Les précautions à prendre comprennent: l’entretien systématique du matériel électrique avec des procédures de consignation/déconsignation; l’emploi de gants, de vêtements et d’outils isolants; et, lorsqu’il y a lieu, de disjoncteurs différentiels.

Le levage à la main et la manutention des matériaux peuvent être des causes de lésions du dos et des membres supérieurs. Ces problèmes peuvent être atténués par le recours aux engins de levage et par une formation appropriée aux méthodes de levage.

Les émissions de gaz irritants et corrosifs tels que le dioxyde de soufre, le sulfure d’hydrogène et le chlorure d’hydrogène peuvent causer une pollution de l’air et des effets de corrosion des métaux et du béton tant dans l’entreprise qu’à ses abords immédiats. La tolérance de la végétation au dioxyde de soufre varie selon le type de forêt et de sol. D’une manière générale, les résineux tolèrent des concentrations de dioxyde de soufre plus faibles que les essences à feuilles caduques. Les émissions de particules peuvent contenir des particules non spécifiques, des fluorures, du plomb, de l’arsenic, du cadmium et nombre d’autres métaux toxiques. Quant aux eaux usées, elles peuvent renfermer divers métaux toxiques, de l’acide sulfurique et d’autres impuretés. Enfin, les déchets solides peuvent être contaminés par de l’arsenic, du plomb, des sulfures de fer, de la silice et d’autres polluants.

Une bonne gestion des fonderies devrait inclure l’évaluation et la réduction des émissions. Il s’agit d’une tâche spécialisée qui ne saurait être confiée qu’à un personnel parfaitement informé des propriétés chimiques et de la toxicité des matériaux émis lors des opérations de fabrication. L’état physique du matériau, la température à laquelle il est libéré, les autres matériaux contenus dans le courant gazeux sont quelques-uns des facteurs qu’il convient de prendre en considération au stade de la planification des mesures de dépollution. Il est également souhaitable que l’entreprise dispose d’une station météorologique, tienne des archives météorologiques et soit prête à réduire la production lorsque les conditions climatiques ne permettent pas une dispersion efficace des effluents de cheminée. Des visites sur le terrain sont en outre nécessaires pour contrôler les effets de la pollution de l’air dans les quartiers d’habitation et les exploitations rurales.

Le dioxyde de soufre, qui est l’un des contaminants majeurs, est normalement récupéré sous forme d’acide sulfurique lorsqu’il est présent en quantité suffisante. Dans les autres cas, le dioxyde de soufre et les autres déchets gazeux dangereux doivent être retenus par lavage pour satisfaire aux normes en matière d’émissions. Quant aux émissions de particules, elles sont le plus souvent réduites au moyen d’appareils de filtration équipés de filtres en textile et d’appareils électrostatiques.

Les opérations de flottation telles que la concentration du cuivre nécessitent d’importantes quantités d’eau. Cette eau est en grande majorité recyclée dans le procédé. Les déchets de flottation sont évacués par pompage sous forme de boues dans des bassins de décantation, l’eau étant recyclée. Les eaux industrielles et les eaux de pluie contenant des métaux sont purifiées dans des installations de traitement des eaux avant d’être évacuées ou recyclées.

Les déchets en phase solide comprennent les scories de fonderie, les boues résiduaires de la conversion du dioxyde de soufre en acide sulfurique, ainsi que les boues provenant des retenues superficielles (par exemple, bassins de décantation). Certaines scories peuvent être reconcentrées et renvoyées à la fonderie pour retraitement ou récupération d’autres métaux. Parmi ces déchets en phase solide, un bon nombre sont dangereux et doivent donc être stockés conformément à la réglementation environnementale.

  Source : D'après la 3e édition de l'Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.