Hydrometalurgia miedzi

Hydrometalurgia miedzi
Termin hydrometalurgia oznacza otrzymywanie metali w wyniku elektrolizy wodnych roztworów ich soli. Proces ten składa się z następujących etapów:
• ługowania rudy poddanej ewentualnie wstępnemu prażeniu w atmosferze powietrza, w celu przeprowadzenia trudno rozpuszczalnych siarczków metali w tlenki
• oczyszczania otrzymanego roztworu w celu zapewnienia wydajnej elektrolizy
• katodowego wydzielania metalu w elektrolizerach
• wykorzystania elektrolitu pozostałego po elektrolizie do ługowania następnej porcji rudy, co umożliwia cykliczne prowadzenie procesu z uzupełnianiem jedynie strat roztworu ługującego
Przykładem jest otrzymywanie miedzi z rudy miedzi. Podczas tego procesu rozdrobniona miedź jest ługowana roztworami kwasu siarkowego(VI) i siarczanu(VI) żelaza(III). Otrzymany roztwór jest poddawany elektrolizie. Na katodach z podkładek miedzianych wydziela się miedź w reakcji.
Cu2+(aq) + 2e --> Cu(s)
natomiast na nierozpuszczalnej anodzie wydziela się tlen
2 H2O(c) --> 4H+(aq) + O2(g) + 4e-
Sumarycznie proces ten możemy zapisać równaniem
2CuSO4(aq) + 2H2(c) --> 2Cu(s) + O2(g) + 2H2SO4(aq)
Z równania wynika, że podczas elektrolizy następuje regeneracja kwasu siarkowego. Roztwór po elektrolizie jest wykorzystywany w kolejnym cyklu ługowania.
Oprócz produkcji miedzi, proces hydrometalurgiczny stosuje się do otrzymywania innych metali, m.in. antymonu, kobaltu, chromu, galu, manganu, srebra i żelaza (wysokiej czystości).


ŁUGOWANIE RUD MIEDZI
Sposób ługowania miedzi z rud polega na tym, że z roztworu siarczanów miedzi i żelaza, wyługowanych z rud. Strąca się miedź przez nasycenie roztworu dwutlenkiem siarki i ogrzanie płynu pod ciśnieniem; pozostały po oddzieleniu miedzi roztwór kwasu siarczonego stosuje się do ługowania nowej ilości rudy.
Właściwości miedzi.
Miedź jest metalem miękkim, ciągliwym o charakterystycznym czerwonym zabarwieniu. Doskonale przewodzi ciepło i elektryczność, w czym ustępuje tylko srebru. Ta cecha tłumaczy jego wszechstronne zastosowanie w elektrotechnice. Minimalne domieszki np. fosforu, arsenu w ilości 10-3% znacznie pogarszają właściwości przewodzące. Średnie rozpowszechnienie miedzi w litosferze wynosi 5.5x10-3%. Miedź może występować w naturze w postaci rodzimej. Rodzimki miedzi zawierają domieszki Au w ilości do 3% wagowych oraz srebro, arsen, antymon, german. Pospolitsze są jednak jej minerały, również z zawartością odzyskiwalnych domieszek złota, srebra, platyny, niklu, molibdenu. Znanych jest ok. 250 minerałów miedzi, w tym tylko kilka o znaczeniu eksploatacyjnym. Minerały miedzi dzieli się na utlenione (zawierające miedź w postaci tlenku, węglanu, siarczanu, krzemianu) i siarczkowe (zawierające miedź w postaci siarczków pierwotnych i wtórnych takich jak chalkopiryt CuFeS2, chalkozyn Cu2S, kowelin CuS, bornit Cu5FeS4). Miedź w związkach przyjmuje wartościowości +1 i + 2 (oraz wyjątkowo +3). Związki miedzi jednowartościowej (miedziawe) są na ogół nietrwałe i łatwo przechodzą na wyższy stopień utlenienia, chociaż tlenek miedziawy Cu2O występuje w stanie naturalnym. Znacznie bardziej rozpowszechniane i znane są związki miedzi dwuwartościowej: tlenek CuO, wodorotlenek Cu(OH)2, halogenki CuX2 (X - chlorowiec), siarczek CuS, octan Cu(CH3COO)2, uwodniony siarczan miedzi CuSO4 x 5 H2O, węglan CuCO3. Sole miedzi mają barwę niebieską lub zieloną i są w znacznym stopniu toksyczne. Dzięki tej cesze np. CuSO4 x 5 H2O znalazł zastosowanie w rolnictwie do niszczenia szkodników.
Miedź tworzy z metalami wiele stopów o dużym znaczeniu praktycznym: jak brązy- stopy miedzi z cyną, mosiądze - stopy miedzi z cynkiem, a także stopy z metalami szlachetnymi: srebrem i złotem. Miedź jako dodatek zawierają również inne stopy jak: tombak, nikielin, konstantan, materiał na druty oporowe.
Miedź jest odporna na działanie suchego powietrza w umiarkowanych temperaturach, natomiast wilgoć sprzyja tworzeniu się cienkiej warstwy zasadowego węglanu miedziowego barwy zielonej zwanej patyną, o działaniu wybitnie antykorozyjnym.
Kwasy nieutleniające HCl i HF w niskiej temperaturze i w warunkach beztlenowych w stosunku do metalicznej miedzi są chemicznie neutralne, natomiast kwasy utleniające (stężony HNO3) i stężony H2SO4 przeprowadzają miedź do roztworu w postaci odpowiednich soli, same ulegając redukcji (w związku z położeniem miedzi w szeregu napięciowym metali nie zachodzi wydzielanie wodoru!).
Ługowanie związków miedzi z rud można też prowadzić kwasami nieorganicznymi.