Le séparateur de Sella

Les phrases sans étiquette sont des faits documentés ; les autres sont marquées « probable » ou « incertain ».

Entre 1854 et 1860, on construit à Traversella une machine qui sépare les minéraux grâce à l'électricité. L'idée est de Quintino Sella, les machines sont construites par Froment à Paris et, en 1860, Burci les décrit pendant qu'elles travaillent, avec des dessins à l'échelle. Cette page explique le problème, la machine, la physique qui la fait fonctionner et ses chiffres.

Le problème du cuivre

La première recherche documentée du cuivre à Traversella date de 1741, quand les comtes de Castellamonte déclarent avoir découvert une mine de cuivre au Riondello ; la chalcopyrite de Traversella a d'ordinaire moins de 3 % de cuivre. Les mines de Castiglione sont abandonnées à la fin du XVIIIe siècle et rouvertes vers 1825 ; là, selon Novarese rapporté par Colomba, la magnétite se trouve avec la chalcopyrite et la pyrrhotite dans une gangue serpentineuse.

En 1854, le comte Riccardi di Netro, l'un des propriétaires, demande une étude pour récupérer le cuivre dispersé dans la magnétite. Dans les tas de rebut, le cuivre est encore là, mais il est mélangé au minerai de fer et le trier à la main est trop difficile probable.

Sources: Berattino 1988, p. 243 ; Colomba 1915, p. 3-4 ; Jervis 1873, p. 124 ; Burci 1860, p. 8-10 ; Costa et al. 2019, p. 12

Trois machines, pas une

Burci raconte trois machines. Vers la fin de 1854, Sella essaie une petite machine : un disque de bois avec un seul aimant temporaire, c'est-à-dire un électroaimant. Le 19 juillet 1855, Sella obtient au Piémont un certificat de privativa, l'ancêtre du brevet, et commande à Froment, à Paris, une machine à 48 électroaimants, qui est essayée pendant plus d'un an et exposée à l'exposition industrielle piémontaise de 1858. La troisième est la machine industrielle, construite elle aussi par Froment, qui en 1860 travaille dans l'atelier du comte Riccardi. Berattino confirme la séquence : commande en 1854, brevet en 1855, machine prête et exposée à Turin en 1858.

Costa et ses collègues décrivent la machine comme un cylindre à 48 « aimants fixes » et donnent à la privativa une durée de quinze ans probable. Burci, qui écrit pendant que les machines travaillent, parle au contraire d'aimants temporaires dès le premier essai : le portail suit Burci. Dans la chronologie de 2022, Costa date de 1855-56 l'introduction de la « trieuse électromagnétique » de Sella.

Sources: Burci 1860, p. 8-11, 13 ; Berattino 1988, p. 94 ; Costa et al. 2019, p. 12 ; Costa, Garabello 2022, diapositives 25-26

Comment est faite la machine industrielle

La machine industrielle a une roue faite de trois cercles de fonte sur le même axe, avec trois séries décalées d'électroaimants. Sous la roue passe une toile sans fin ; au-dessus de la toile, une trémie, réglée par une manivelle et une vanne, étale le minerai. Le commutateur, inventé par Sella et fabriqué à Turin, ne donne du courant qu'aux 11 aimants qui se trouvent à ce moment-là au-dessus de la toile.

Chaque machine est alimentée par 6 gros éléments de pile Bunsen et actionnée par une roue hydraulique. La roue à aimants fait 14-15 tours par minute et la toile avance de 0,75 à 1,35 mètre par minute.

Sources: Burci 1860, p. 13-16, pl. II

La physique de la séparation

Un électroaimant est une bobine de fil enroulée autour d'un noyau de fer : quand le courant passe dans le fil, le noyau s'aimante ; quand le courant s'interrompt, le champ disparaît presque. La magnétite, Fe₃O₄, le minéral le plus répandu à Traversella, est fortement attirée par un champ magnétique ; la chalcopyrite, CuFeS₂, très peu. En passant sous les aimants allumés, la magnétite se soulève de la toile et reste collée à la roue, tandis que la chalcopyrite continue.

Le commutateur est la partie la plus ingénieuse. En n'allumant que les aimants au-dessus de la toile, il fait en sorte que la magnétite soit prise là et lâchée un peu plus loin, quand son aimant s'éteint : le fer finit d'un côté et le cuivre reste sur la toile et tombe de l'autre. Avec des aimants permanents, la magnétite resterait collée à la roue. À Castiglione, en 1873, Jervis appelle la machine « électro-trieur Sella ».

Sources: Burci 1860, p. 13-15 ; Costa et al. 2019, p. 14 ; Jervis 1873, p. 125

Travail, rendements et coûts

Dans l'atelier du comte Riccardi, écrit Burci en 1860, les machines travaillent jour et nuit presque toute l'année et chacune traite environ 180 kilos de minerai à l'heure. Toutes les 8 heures, les ouvriers changent et on renouvelle la pile ; combien d'ouvriers il y avait et qui ils étaient, Burci ne le dit pas. La méthode n'est avantageuse qu'avec un minerai qui a au moins 2,5 % de cuivre et peu de pyrite.

En 1873, le comte Riccardi est l'unique propriétaire de Castiglione, avec une concession de 1859, et n'exploite ces mines que pour le cuivre. Jervis écrit qu'avec l'électro-trieur le résultat est encore déficitaire à cause des frais de l'appareil et que la magnétite séparée est jetée.

Sources: Burci 1860, p. 25-27 ; Jervis 1873, p. 124-125

Après Sella

Avec la trieuse de Sella et avec la laverie, après le milieu du XIXe siècle, disparaît la « giavinatura », la recherche du minerai dans les rebuts devant les fouilles faite par les plus pauvres. Au XXe siècle, le principe revient. L'ingénieur Maglione, qui dirige les mines de 1919 à 1933, tire des registres de l'ancien atelier électromagnétique des rendements de 60 % pour le fer et de 25 % pour le cuivre ; en 1923, avec davantage d'électroaimants, on arrive à environ 80 %. En 1937, la FIAT donne à la Società Nazionale Cogne les vieilles haldes, environ 300 000 tonnes, avec les installations d'enrichissement magnétique remises en service.

Pendant ce temps, la recherche prend une autre voie. Après 1900, Froment essaie de séparer les sulfures de cuivre de la magnétite avec une huile épaisse et obtient une mousse qui fait remonter les sulfures : c'est la flottation. En 1904, la société, en difficulté, vend le brevet 225 livres sterling à la Minerals Separation Ltd, qui l'exploite dans le monde entier ; Torti, sans donner sa source, écrit 25 livres probable. Au milieu du XXe siècle, la FIAT installe à Traversella de nouveaux séparateurs magnétiques ; dans le silo construit vers 1940, après les concasseurs et les broyeurs, la première étape est la séparation de la magnétite probable.

Sources: Berattino 1988, p. 197-199, 241 ; Beratto (thèse), p. 30 ; Costa et al. 2019, p. 12 ; Torti 1973, p. 8 ; site du Museo della Miniera, « Il Museo »

Ce qui reste à éclaircir

Nous ne savons pas où se trouvait l'atelier : Burci ne le dit pas, et Berattino place aux Folle la fonderie de cuivre que la comtesse Augusta Gattino, épouse de Riccardi, eut la permission de construire en 1858 ; que les machines aussi se soient trouvées là n'est qu'une hypothèse incertain. Berattino publie la photographie d'une « trieuse magnétique » de Sella, « année 1855 », propriété du Politecnico di Torino, avec trémie, tambour à électroaimants, poulie et volant ; Beratto écrit que la trieuse est « maintenant » au Politecnico, sans dire laquelle des machines c'est ni où probable. Vescovo écrit que la machine fut « ensuite adoptée dans le monde entier », mais sans sources et sans autres confirmations incertain.

Sella ne fut pas seulement l'inventeur de la machine : selon Chiappino, comme ingénieur du Corps royal des mines, il collabora à la loi du 20 novembre 1859, qui déclara le sous-sol propriété de la Nation probable.

Sources: Burci 1860, p. 25 ; Berattino 1988, p. 93-94, fig. 8 ; Beratto (thèse), p. 28 ; Vescovo 2002, p. 22-23 ; Chiappino 1996, p. 45 ; Chiappino 2010, p. 25

Pour la classe

Proposition de calcul. La toile avance de 0,75 à 1,35 mètre par minute et chaque machine traite environ 180 kilos de minerai à l'heure. Combien de mètres de toile passent sous la roue en une heure ? Combien de kilos de minerai porte, en moyenne, chaque mètre de toile, dans les deux cas extrêmes ? Solution : de 45 à 81 mètres à l'heure, donc d'environ 4 à environ 2,2 kilos par mètre. Deuxième question : la roue fait 14-15 tours par minute ; que faudrait-il savoir pour calculer sa vitesse périphérique et la comparer à celle de la toile ?

Sources: Burci 1860, p. 16, 25