Le passé et les gens de Copper Country : Copper Country à l'avant-garde des pratiques de métallurgie extractive

22 avril 2023

Lorsque Edward Jennings, natif de l'exploitation minière de Cornouailles, le premier surintendant de la mine Cliff, à Keweenaw Point, a construit la première usine de concentration de cuivre réussie dans le district de cuivre en 1849, le système de Cornouailles qu'il a construit avait à peine évolué depuis la technologie de concentration des années 1500, lorsque le les processus miniers de cette période ont été décrits par le livre VIII de Georgius Agricola de "De Re Metallica", qui a été publié en 1556. Le seul changement significatif en trois siècles a été que Jennings a appliqué la vapeur à son moulin plutôt que l'énergie hydraulique.

Agricola a écrit que "le minerai est écrasé avec des tampons ferrés, afin que le métal puisse être séparé de la pierre et de la roche du mur suspendu [ sic ]." Il a poursuivi en écrivant que les tiges des timbres étaient faites de petits bois carrés, de neuf pieds de long et d'un demi-pied de large dans chaque sens.

"Pour chaque timbre, il y a sur un arbre à cames, deux cames, arrondies à l'extrémité extérieure, qui soulèvent alternativement le timbre, afin que, par sa chute dans le mortier, il puisse avec sa tête de fer battre et écraser la roche qui a été jeté dessous."

Comme pour de nombreux moulins à timbres du début du XIXe siècle dans le district du lac Supérieur, Agricola a également fourni des détails complexes en expliquant que les moulins à timbres de son époque étaient alimentés par des roues hydrauliques. À d'autres endroits, dans les années 1700, les moulins à timbres étaient souvent alimentés par des moteurs à vapeur plutôt que par l'énergie hydraulique. Les mêmes blanchisseurs et techniques de lavage du cuivre installés à la falaise en 1849 auraient également été facilement reconnus par Agricola.

Même la méthode de réduction suffisante de la roche minière pour être estampée avait très peu changé en plus de quatre siècles. Comme l'a écrit Agricola :

"J'en viens maintenant aux méthodes de torréfaction, et d'abord à celle qui est commune à tous les minerais. La terre est creusée dans la mesure requise, et ainsi se forme une zone quadrangulaire de bonne taille, ouverte à l'avant, et au-dessus de cela, du bois de chauffage est étendu les uns contre les autres, et dessus d'autres bois sont étendus transversalement, également serrés les uns contre les autres, raison pour laquelle nos compatriotes appellent ce tas de bois une caisse ; cela est répété jusqu'à ce que le tas atteigne une hauteur d'une ou deux coudées. ." Il a poursuivi dans le paragraphe suivant : "En creusant la terre, ils agrandissent les zones et les rendent carrées ; des murs doivent être construits sur les côtés et à l'arrière pour retenir plus efficacement la chaleur du feu, et l'avant doit être laissé ouvert. " Dans la région du lac Supérieur, en moins de 30 ans, ces pratiques changeraient.

Les sociétés minières qui se sont organisées dans la région cuprifère du lac Supérieur après le milieu du 19e siècle ont énormément profité des sociétés antérieures qui avaient introduit des équipements modernes, mené des expériences, effectué des essais et investi des centaines de milliers de dollars dans de nouvelles technologies qui peuvent ou non travail. Les sociétés Franklin et Pewabic, toutes deux sous la même direction, ont été les premières à introduire le timbre minéralier à vapeur d'Edwin Ball dans le district de cuivre du lac Supérieur, en 1858.

Quelques années plus tard, la mine Bohemian a expérimenté le concasseur de roche mécanisé d'Eli Whitney Blake comme moyen de remplacer les anciens fours utilisés pour rôtir la roche minière avant de l'envoyer à l'usine de broyage pour un concassage supplémentaire.

Une décennie plus tard, quand Alexander Agassiz, président des sociétés minières Calumet et Hecla, a commencé la construction des moulins de ces mines, il n'a pas commencé avec les timbres de chute par gravité de style cornouaillais désormais obsolètes, mais a installé la nouvelle machine à vapeur moderne. tampons alimentés. La roche reçue dans les deux usines n'avait jamais subi de calcination dans les fours, mais avait été réduite par les concasseurs Blake. Les usines d'Agassiz étaient des installations à la fine pointe de la technologie, grâce aux pratiques de broyage modernes développées par des mines plus anciennes, comme Huron et Atlantic.

Le Huron et l'Atlantic fonctionnaient tous deux sur des filons de cuivre à très faible teneur; l'Atlantique, entre 1873 et 1910, ne contenait en moyenne que 13 livres de cuivre par tonne de roche extraite, a déclaré l'US Geological Survey's Professional Paper 144, publié en 1929. Pour que les mines à faible teneur, comme l'Atlantique, survivent, elles devaient trouver des moyens de maximiser la production tout en réduisant les coûts de production. Le tampon minéral à vapeur de Ball est devenu nécessaire à la survie de l'Atlantique. Le concasseur de Blake était une autre invention qui réduisait considérablement le temps entre la roche de cuivre provenant de la mine et le moment où elle pouvait être suffisamment réduite pour être reçue par les boîtes de mortier des timbres. Les broyeurs ont également réduit les coûts de main-d'œuvre. Les anciennes maisons de four pouvaient nécessiter jusqu'à 25 hommes pour les travailler au mieux.

John Collom, à la mine Huron, a inventé un gabarit qui capturait davantage les fines particules de cuivre de la roche estampée, ou gangue, qui était auparavant lavée avec les résidus. Le gabarit de Collom était, en termes simples, un réservoir qui recevait la roche et le cuivre estampés dans un flux d'eau sur un fin grillage. Grâce à l'utilisation d'un piston dans le réservoir, les particules et l'eau ont été maintenues en mouvement continu, les obligeant à se séparer en fonction de la densité. Le cuivre plus dense s'est déposé sous la roche moins dense, permettant à une plus grande partie de la roche de s'écouler pour être envoyée au tas de résidus.

Comme l'explique Swapan Kumar Haldar, dans son livre Mineral Exploration (Second Edition) :

"Le gabarit élémentaire (Fig. 13.29) est un réservoir ouvert rempli d'eau. Un lit épais de grosses particules lourdes (ragging) est placé sur un tamis de gabarit horizontal perforé. Le matériau d'alimentation est versé par le haut. L'eau est pulsée vers le haut et vers le bas (l'action de jigging) par un piston pneumatique ou mécanique. L'alimentation se déplace à travers le lit de jig. Les particules plus lourdes pénètrent à travers le chiffon et le tamis pour se déposer rapidement sous forme de concentré. Le concentré est retiré du fond de l'appareil. L'action de jigging fait que les particules plus légères sont emportées par le courant croisé complété par une grande quantité d'eau fournie en continu à la chambre de concentré."

En plus du jig de Collom, la table de slime de William Evan a ajouté un composant supplémentaire à la concentration minérale de flottation. Plus tard appelé tables de concentration rondes, le séparateur de minerai de William J. Evans a été breveté le 4 mai 1875. Selon des documents de l'Office des brevets des États-Unis, Evans, un résident du comté de Houghton, a décrit son invention, ce qui est devenu connu sous le nom de Evans Slime Table , comme ayant "une table à rotation horizontale sur laquelle le minerai (sable) est distribué par de l'eau et lavé par des jets d'eau claire".

L'eau claire était amenée par un tuyau au distributeur, et coulait sur une moitié de la table, tandis que l'eau boueuse coulait sur l'autre moitié. Le sable et l'eau étant d'un côté du distributeur, traversaient son fond perforé et étaient répartis également sur la moitié de la tête fixe, et coulaient sur la table tournante dans un couloir circulaire, puis à travers les tuyaux d'évacuation. Comme l'explique 911metallurgist.com, grâce à l'action de l'eau claire, les qualités appropriées de minerai ont été lavées à peu près à mi-chemin de la table tournante. Ils sont alors entrés en contact avec le tuyau perforé en diagonale, et ont été relavés par une succession de petits jets provenant de perforations de petits tuyaux.

C'est une façon compliquée de comparer une table de slime à l'orpaillage, où des roches, mélangées à de l'or, sont tourbillonnées ensemble dans un moule à tarte avec de l'eau. Faire tourbillonner lentement l'eau maintient le contenu en mouvement, permettant à l'or plus lourd de se déposer au fond de la boîte tandis que la roche continue de tourbillonner au-dessus.

En peu de temps, le gabarit initial de Collom a subi des modifications. Bientôt, il y eut des gabarits d'ébauche, des gabarits intermédiaires et des gabarits de finition; La table à slime d'Evan a été remplacée par Wilfley, ou shaker, tables vibrantes. Puis vinrent les « trommels rotatifs duplex, les rouleaux triplex », puis vinrent les moulins à rebroyer qui rebroyèrent les sables du tampon pour en extraire encore plus de cuivre. Les entreprises du pays du cuivre ont été obligées d'adapter, d'inventer et d'innover la technologie moderne dans leurs usines si elles voulaient survivre au 20e siècle.

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