Bulletin de perception des risques. Fonderie de cuivre et risques respiratoires.

L'extraction et la fusion du cuivre à partir de ses minerais naturels est une tâche coûteuse. La plupart des dépôts connus dans le monde contiennent seulement de 1 à 2 % de cuivre : la majorité de ces minerais est composée de soufre, de fer, d'arsenic et d'autres métaux lourds. Près de 80 % de la nouvelle production de cuivre utilise des minerais de sulfure de cuivre, les processus pyrométallurgiques et électrolytiques ainsi que les risques respiratoires associés sont résumés dans ce document. Une protection respiratoire hautement efficace peut être indispensable lors de la fusion du cuivre, dans le cadre d'une série d'autres mesures de contrôle. Dans le document suivant, vous trouverez des informations générales sur les risques respiratoires potentiels et sur les EPI appropriés pour travailler en toute sécurité à différentes étapes de la production de cuivre.

Minerai/minéraux de cuivre

Le cuivre est principalement produit en réduisant la teneur en métal des minerais extraits et traités par des méthodes de fusion, car bien que le cuivre élémentaire se trouve très rarement dans la nature, il est extrêmement rare.

La plupart des minéraux extraits pour leur teneur en cuivre sont des minéraux de sulfure de cuivre, les minéraux restants étant des minéraux d'oxyde de cuivre. Le matériau extrait ne contient que de 0,5 à 2 % de cuivre, la majorité des matériaux extraits étant des composés de soufre indésirables, des composés d'arsenic et d'autres métaux lourds (1) (2).

Le cuivre peut être facilement trouvé dans une large gamme de composés, généralement à l'état d'oxydation +1 (également appelé cuprique) ou à l'état d'oxydation +2 (également appelé cuprique).

Une grande partie du cuivre (80 %) est extraite et raffinée à partir de sulfures de cuivre par les processus de flottation, de fusion et de raffinage. Les sulfures de chalcopyrite, bornite et chalcosine sont les plus courants et donc les plus utilisés dans la production de cuivre. Le processus d'extraction, de réduction et de raffinage est complexe et varie selon le type de minerai traité. Voici un bref résumé des deux principaux processus (1) (2) (3).

Méthodes d'extraction

Les minéraux contenant du cuivre sont principalement extraits de roches ignées par le biais de l'exploitation minière à ciel ouvert (carrières), mais l'extraction par minage souterrain continue également.

Sulfure de cuivre : Processus pyrométallurgique

Production de concentré/mouture

Les minerais de sulfure de cuivre subissent plusieurs étapes de concassage et de broyage pour générer des morceaux de roche de petite taille. Ensuite, ils sont broyés à l'humide jusqu'à obtenir des particules fines pour former rapidement une boue. Les minerais de sulfure de cuivre broyés sont mélangés avec de l'eau, des tensioactifs et des xanthates ou d'autres réactifs pour former une boue dans laquelle les particules de sulfure sont devenues hydrophobes. Par agitation ou par la génération de bulles d'air avec les cellules de flottation, les particules de minerai de sulfure de cuivre flottent à la surface sous forme de mousse, qui est ensuite retirée, envoyée pour purification afin d'éliminer les minéraux et le silicium indésirables, puis séchée et envoyée pour le grillage et la fusion ultérieure.

Fonderie

Les méthodes modernes utilisent la fusion directe ou instantanée. La première étape consiste à chauffer le minerai dans des fours à environ 1200 °C avec des fondants de calcaire et de silicium. Les impuretés de fer, de soufre, de sulfure de fer, d'oxyde de fer et d'autres minéraux sont éliminées au fur et à mesure qu'elles forment une scorie à la surface du matériau fondu ou du sulfure de cuivre, également connu sous le nom de "matte".

2 CuFeS2 + 3 O2 → 2 FeO + 2 CuS + 2 SO2

Le sulfure de fer s'oxyde pour former de l'oxyde de fer, libérant des quantités significatives de dioxyde de soufre. Ensuite, l'oxyde de fer réagit également avec le silicium pour former une scorie moins dense qui flotte à la surface de la "matte", et qui peut être rapidement retirée.

2 FeS + 3 O2 → 2 FeO + 2 SO2

2 FeO + SiO2 → Fe2SiO4

Conversion

Le sulfure de cuivre est réduit en cuivre en oxydant le soufre par injection d'air. Le cuivre est connu sous le nom de "cuivre noir" en raison des bulles de dioxyde de soufre piégées. Le cuivre noir a une pureté d'environ 98-99 %. Il y aura de l'oxyde de cuivre présent ou il sera perdu dans la scorie, avec d'autres impuretés métalliques.

CuS + O2 → Cu + SO2

2 CuS + 3 O2 → 2 CuO + 2 SO2

Raffiné au feu

Tout oxyde de cuivre restant est réduit en cuivre par injection de gaz méthane, augmentant la pureté jusqu'à 99 %.

4 CuO + CH4 → 4 Cu + CO2 + 2H2O

Affinage électrolytique

Le cuivre fondu est versé dans des moules pour former des anodes en cuivre, en préparation pour le raffinage électrolytique. Les anodes en cuivre sont immergées dans un électrolyte de sulfate de cuivre ou d'acide sulfurique. Le cuivre de l'anode se dépose progressivement en feuilles minces de cuivre pur ou en acier inoxydable qui agit comme le cathode. Après 7 à 14 jours, les cathodes sont retirées et le cuivre raffiné d'une pureté d'environ 99,9-99,99 % est extrait des cathodes. Les contaminants de métaux nobles tels que l'argent, l'or, le sélénium et le tellure se déposent au fond du réservoir électrolytique. Les contaminants comme l'arsenic et le zinc restent dans l'électrolyte.

Lixiviation

Les oxydes de cuivre sont simplement broyés pour générer un agrégat à grande surface, qui est soigneusement placé dans un grand bonnet de lixiviation à ciel ouvert ou dans des cuves de lixiviation. De l'acide sulfurique est appliqué sur le dessus du minerai, dissolvant les minéraux de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre. La solution "chargée" de lixiviation est recueillie et envoyée pour extraction.

Extraction

Dans l'extraction par solvant, le cuivre est extrait de la solution chargée de lixiviation à l'aide d'un solvant organique dans une solution aqueuse, et la solution acide est récupérée.

Électro-extraction

La solution de cuivre est soumise à électrolyse, déposant du cuivre sur les cathodes de départ en feuille de cuivre de très haute pureté. D'autres éléments contaminant s'accumulent au fond du réservoir électrolytique et peuvent être récupérés.

Image de (2)

Quels sont les risques de la production de cuivre ?

Une large gamme d'émissions atmosphériques peut être générée lors de la production de cuivre, telles que le dioxyde de soufre, l'arsenic, le cadmium, le cuivre, le plomb, le mercure, des particules provenant de la fusion ainsi que des particules d'autres sources (3).

Dioxyde de soufre

Le dioxyde de soufre est un gaz dense incolore avec une odeur pénétrante et se produit en quantités significatives lors de la fusion de minerais de sulfure pour produire du cuivre élémentaire, du zinc et d'autres métaux.

Le dioxyde de soufre (sous forme d'acide sulfurique, de dioxyde de soufre liquide pressurisé/réfrigéré ou même de soufre) est récupéré comme sous-produit dans de nombreux processus. Le dioxyde de soufre est fréquemment utilisé dans divers secteurs, notamment dans les industries chimique, alimentaire et de fabrication de papier, en raison de ses propriétés de blanchiment, de biocide et de conservateur.

La principale voie d'exposition pour les travailleurs des secteurs de la fonderie et du raffinage du cuivre, du zinc et d'autres métaux est l'inhalation de gaz de dioxyde de soufre (SO2). (4) (5)

Effets sur la santé

Les effets sur la santé (6) (7) peuvent inclure :

Effets graves sur la santé

• Irritation des yeux et des voies respiratoires supérieures
• Possible déclencheur d'une crise d'asthme chez certaines personnes.
• Toux, sifflements, dyspnée et même douleur thoracique.
• Œdème pulmonaire et mort

Effets chroniques sur la santé :

• Maladie pulmonaire obstructive chronique avec des expositions de faible niveau à long terme

Pour plus d'informations sur le dioxyde de soufre, consultez le bulletin de perception des risques de 3MDioxyde de soufre

Arsenic

On peut trouver de l'arsenic sous forme élémentaire, mais dans les expositions de l'industrie générale à des composés d'arsenic inorganiques tels que le trioxyde d'arsenic, le trichlorure d'arsenic, le trisulfure d'arsenic, l'arséniate de sodium, les sels d'arséniate et l'arséniure de gallium (8).

L'arsenic est utilisé dans de nombreux alliages métalliques mais se trouve également dans de nombreux minerais de cuivre et de zinc. Les travailleurs du secteur des métaux de base non ferreux sont à risque d'exposition à l'arsenic et à des composés inorganiques de l'arsenic. Les travailleurs de ces secteurs peuvent être exposés à l'arsenic ou à des composés de l'arsenic par inhalation de poussières et de fumées, ingestion, exposition cutanée ou contact avec les yeux.

Effets sur la santé

Les effets sur la santé peuvent inclure (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) :

Effets graves sur la santé

• Irritation des yeux et des voies respiratoires supérieures
• Dermatite allergique.
• Problèmes d'estomac tels que gastro-entérite, nausées et vomissements, qui à fortes doses peuvent entraîner une perte grave de fluide, une gastrite hémorragique, une perte de connaissance et la mort.

Effets chroniques sur la santé :

• Affections cutanées telles que, par exemple, la kératose, la décoloration, l'inflammation, les lésions, l'acné et le cancer.
• Problèmes circulatoires et cardiovasculaires, en particulier des contractions vasculaires soudaines.
• Dommages au système nerveux
• Plusieurs formes de cancer, comme par exemple la forte association avec le cancer du poumon lié au travail dans la fonderie de cuivre, ainsi que d'autres cancers des voies respiratoires, de la peau, du foie, des reins et de la vessie.

Pour plus d'informations sur l'arsenic, consultez le bulletin de perception des risques de. 3MArsenic.

Cadmium

Le cadmium est largement utilisé avec d'autres métaux pour former des alliages ou comme plaque protectrice. Le cadmium est également utilisé avec du nickel pour produire des batteries nickel-cadmium. En raison de son utilisation dans les alliages et du plaquage d'autres métaux, les travailleurs du métal peuvent être exposés au cadmium ou à l'oxyde de cadmium (une fumée brune) lors du soudage ou du ponçage de certains métaux. L'exposition à la fumée d'oxyde de cadmium est également souvent associée aux fonderies de zinc et, dans une moindre mesure, aux fonderies de cuivre.

L'inhalation de poussières et de fumées est le principal mode d'exposition professionnelle au cadmium et aux composés du cadmium, le oxyde de cadmium étant une source de préoccupation pour les expositions aiguës.

Effets sur la santé

Les effets sur la santé peuvent inclure (12) (16) (17) (18) :

Effets graves sur la santé (oxyde de cadmium)

• Irritation des yeux et des voies respiratoires supérieures
• Des symptômes similaires à ceux de la grippe tels que, par exemple, la toux, des maux de tête, des vertiges, des frissons, de la fièvre, de la dyspnée et même des douleurs thoraciques.
• En cas d'ingestion, des problèmes gastro-intestinaux tels que des nausées, de la diarrhée, des vomissements, des crampes et une salivation excessive peuvent survenir.

Effets chroniques sur la santé (toutes les formes du cadmium) :

• Dommage respiratoire tel que, par exemple, la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC)
• Lésions rénales
• Dommage osseux
• Altération de la fertilité et du développement du fœtus (Chlorure de cadmium)
• Il existe suffisamment de preuves que le cadmium et les composés de cadmium sont cancérigènes chez l'homme, associés aux cancers du poumon, du rein et de la prostate (19), bien que les associations avec certains composés soient plus faibles.

Pour plus d'informations sur le cadmium, consultez le bulletin de perception des risques de 3MCadmium

Cuivre

Le cuivre a de nombreuses utilisations en raison de sa conductivité thermique et électrique, dans les alliages métalliques, ainsi que pour sa malléabilité et sa résistance à la corrosion.

Dans toutes les applications et secteurs, les travailleurs peuvent être exposés au cuivre par inhalation de poussières et de fumées, ingestion et exposition cutanée à des produits chimiques liquides. Les travailleurs peuvent également être exposés à des poussières et des fumées lors de la fusion et du raffinage du cuivre.

Effets sur la santé

Les effets sur la santé sont généralement associés à des effets négatifs graves sur la santé à court terme, principalement la "fièvre des fumées métalliques" provenant de la fusion d'alliages contenant du cuivre.

Effets graves sur la santé :

• Irritation des yeux et des voies respiratoires supérieures
• Des symptômes similaires à ceux de la grippe tels que, par exemple, la toux, des maux de tête, des vertiges, des frissons, de la fièvre, de la dyspnée et même des douleurs thoraciques.

Effets chroniques sur la santé :

• Des problèmes gastro-intestinaux tels que des nausées, de la diarrhée et des vomissements ont été signalés, associés à des expositions excessives à long terme dans l'eau potable.

Pour plus d'informations sur le cuivre, consultez le bulletin de perception des risques de 3M: cuivre.

Plomb

Le plomb et les minerais de plomb se trouvent souvent dans les minerais de cuivre et peuvent entraîner l'exposition des travailleurs lors des processus de fusion et de raffinage. Les principaux modes d'exposition sont l'inhalation de particules, de fumées et de vapeurs, ainsi que l'ingestion de particules en raison de pratiques d'hygiène insuffisantes (par exemple, la contamination par le plomb sur les mains, la nourriture, les boissons et à travers le tabac).

Effets sur la santé

Le plomb peut facilement pénétrer dans le sang par les poumons et a tendance à s'accumuler dans les os de l'organisme avec le temps. Il est peu probable que des effets sur la santé se manifestent à court terme, mais les expositions à long terme peuvent entraîner une augmentation excessive des niveaux de plomb, rendant les effets sur la santé évidents.

Les effets sur la santé peuvent inclure (12) (21) (22) (23) :

Effets graves sur la santé :

• Symptômes similaires à ceux de la grippe (frissons, fièvre, douleurs musculaires) et peut causer des dommages respiratoires.

Effets chroniques sur la santé :

• Anémie et autres troubles associés aux globules rouges
• Maladies hépatiques, rénales et pulmonaires
• Problèmes gastro-intestinaux
• Stérilité
• Encéphalopathie (état mental altéré)
• Dommages au système nerveux
• Problèmes de développement neurologique, en particulier aux premières étapes du développement fœtal.

Pour plus d'informations sur le plomb, consultez le bulletin de perception des risques de 3MPlomb.

Mercure

Bien que l'on associe généralement le mercure à la fusion de l'or où il est utilisé dans le processus d'extraction, on peut trouver du mercure dans certains minerais de cuivre et des émissions et des expositions peuvent se produire lors des processus de fusion et de conversion du cuivre (24).

Le principal mode d'exposition est l'inhalation de vapeurs de mercure élémentaire. Il est important de noter que des niveaux significatifs de mercure peuvent être présents à des températures élevées. L'inhalation de poussières, comme les sels de mercure, est également possible.

Effets sur la santé

Les effets sur la santé peuvent inclure (12) (25) (26) :

Effets graves sur la santé :

• Irritation des voies respiratoires supérieures
• Fièvre

Effets chroniques sur la santé :

• Dommages au système nerveux : effets psychomoteurs
• Problèmes gastro-intestinaux
• Anémie
• Maladies rénales

Pour plus d'informations sur le mercure, consultez le bulletin de perception des risques de. 3MMercure.

Particules

Il est possible de générer des quantités considérables de particules (poussières et fumées) à la plupart des étapes du processus de production. Depuis l'extraction du minerai, le concassage, le ponçage, la mouture et la manipulation, avec les fumées des matériaux fondus, avec les émissions du nettoyage des boues des processus électrolytiques, en plus des procédures de maintenance générales (nettoyage des cheminées et des filtres, maintenance réfractaire, etc.).

Des associations épidémiologiques générales ont été observées entre l'exposition aux particules en suspension (particules atmosphériques d'un diamètre inférieur à 2,5 μm) et les particules PM10 (particules d'un diamètre inférieur à 10 μm) et une large gamme d'effets sur la santé tels que, par exemple, la mortalité et les maladies pulmonaires chroniques et cardiovasculaires (27).

Références

1. Processus de fabrication du cuivre. L'Équilibre. [En línea] [consultado el 21 de septiembre de 2018]. . https://www.thebalance. com/production-de-cuivre-2340114.

2. Institut Européen du Cuivre. Processus : extraction et production de cuivre. Alliance du Cuivre. [En línea] [consultado el 21 de septiembre de 2018]. . https://www.copper.org/education/copper-production/.

3. Groupe de la Banque mondiale. Manuel sur la pollution et la prévention et l'atténuation 1998. 1999.

4. Déficience pulmonaire due à une exposition chronique au dioxyde de soufre dans une fonderie. Smith, T J, et al. 1, 1977, Revue américaine des maladies respiratoires, Vol. 116.

5. Exposition à l'arsenic et mortalité : une étude cas-témoin d'une fonderie de cuivre suédoise. Axelson, O, et al. 1978, British Journal of Industrial Medicine, Vol. 35, pp. 8-15.

6. Dioxyde de soufre (SO2) - Fiche d'information sur la qualité de l'air. Gouvernement australien - Département de l'Environnement et de l'Énergie. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . http://www.environment.gov.au/protection/ publications/factsheet-dioxyde-de-soufre-so2.

7. Agence pour les substances toxiques et le registre des maladies (ASTDR). Portail des substances toxiques - Dioxyde de soufre. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/substances/ toxsubstance.asp?toxid=46.

8. Exécutif de la santé et de la sécurité (HSE). INDG441 - Arsenic et vous. Travailler avec de l'arsenic - êtes-vous à risque ?

9. —. RR595 - Le fardeau du cancer professionnel en Grande-Bretagne - Annexe technique 6 : Cancer du poumon. [En línea] 2007 http://www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr595ann6.pdf.

10. Agence internationale de recherche sur le cancer (IARC). Monographie - Arsenic et composés arsenicaux. 2018.

11. Administration de la santé et de la sécurité au travail (OSHA). Thèmes de santé et de sécurité - Arsenic. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/arsenic/index.html.

12. Smedley, J, Dick, F et Sadhra, S. Manuel d'Oxford de la santé au travail (deuxième édition). 2013.

13. Commission nationale de la santé et de la sécurité au travail (Worksafe Australia). Arsenic et ses composés. 1989.

14. Health and Safety Executive (HSE). RR858 - Le fardeau du cancer professionnel en Grande-Bretagne - Cancer du poumon. 2012.

15. Agence pour les Substances Toxiques et le Registre des Maladies (ASTDR). Portail des Substances Toxiques - Arsenic. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/substances/toxsubstance.asp?toxid=3.

16. Exécutif de la santé et de la sécurité (HSE). INDG391 - Cadmium et vous. Travailler avec du cadmium : Êtes-vous à risque ?

17. Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA). Thèmes de sécurité et de santé - Cadmium. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/cadmium/healtheffects.html.

18. Agence pour les Substances Toxiques et le Registre des Maladies (ASTDR). Portail des Substances Toxiques - Cadmium. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/substances/toxsubstance.asp?toxid=15.

19. Agence internationale de recherche sur le cancer (IARC). Monographie de l'IARC - Cadmium et composés de cadmium. 2018.

20. Agence pour les substances toxiques et le registre des maladies (ASTDR). Portail des substances toxiques - Cuivre. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/phs/phs.asp?id=204&tid=37.

21. Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA). Thèmes de sécurité et de santé - Plomb. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/lead/.

22. Exécutif de la santé et de la sécurité (HSE). INDG305 - Plomb et vous. Travailler en toute sécurité avec le plomb.

23. Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA). Thèmes de sécurité et de santé - Plomb.

24. Bureau international du Travail (BIT). Opérations de fusion et de raffinage. Encyclopédie de la santé et de la sécurité au travail. [En línea] [consultado el 1 de octubre de 2018]. . http://www.iloencyclopaedia.org/part-xiii-12343/metal-processing-and-metal-working-industry/ contenu/fonte-et-raffinage-opérations.

25. Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA). Sujets de sécurité et de santé - Mercure. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/mercury/index.html.

26. Exécutif de la santé et de la sécurité (HSE). CRR76 - Mercure et ses composés inorganiques divalents. 1995.

27. Organisation mondiale de la santé (OMS). Effets sur la santé des particules. 2013.

28.Bulletin de perception des risques. Fonderie de cuivre