L'idrometallurgia è uno dei metodi usati in metallurgia per estrarre metalli dai rispettivi minerali. È una tecnica che si basa sulla chimica in soluzione acquosa per ricavare il metallo da minerali, da minerali arricchiti o da materiali riciclati o residui. Altri principali metodi usati in metallurgia sono la pirometallurgia (basata sul calore) e l'elettrometallurgia (che sfrutta un processo elettrochimico).
I processi idrometallurgici in genere prevedono tre fasi principali: Lisciviazione, per portare in soluzione il metallo o un suo composto Concentrazione e purificazione della soluzione lisciviata Recupero del metallo o di un suo composto
Lisciviazione La lisciviazione prevede l'impiego di soluzioni acquose per estrarre il metallo o un suo composto dal materiale solido che lo contiene. La soluzione lisciviante viene regolata in termini di pH, potenziale redox e temperatura in modo da ottimizzare la dissoluzione in fase acquosa del componente metallico desiderato. L'aggiunta di agenti chelanti può servire a estrarre selettivamente un determinato metallo. Tipiche soluzioni liscivianti ed esempi di applicazione sono i seguenti:
soluzioni di acidi minerali per trattare ossidi metallici soluzioni di idrossido di sodio per la purificazione dell'ossido di alluminio (Processo Bayer) soluzioni di ammoniaca/solfato d'ammonio o ammoniaca/carbonato d'ammonio per separare rame, nichel e cobalto (Processo Sherritt) soluzioni contenenti cianuro per l'estrazione dell'oro
La lisciviazione si può effettuare con varie tecnologie che vanno dalla semplice percolazione della liscivia attraverso la massa del solido frantumato, con o senza agitazione della massa, all'utilizzo di recipienti riscaldati e sotto pressione. Nel trattamento di materiali contenenti solfiti sono impiegati anche microorganismi (ad esempio il Thiobacillus ferrooxidans).
Concentrazione e purificazione della soluzione Il liquore ottenuto dalla lisciviazione va successivamente trattato per aumentare la concentrazione degli ioni metallici di interesse, eventualmente rimuovendo altri ioni metallici indesiderati. A questo scopo sono possibili varie tecniche:
Cristallizzazione o precipitazione per isolare un composto del metallo di interesse dal liquore lisciviato. A tal fine è importante regolare temperatura, pressione e pH della soluzione. Generalmente il metallo desiderato è isolato come solfuro, solfato o idrossido. Estrazione con solventi. Si possono usare solventi organici immiscibili con l'acqua per estrarre nella fase organica ioni o complessi metallici. Successivamente il composto di interesse può essere isolato con tecniche di strippaggio e il solvente organico riciclato. L'estrazione con solventi è usata ad esempio nelle separazioni uranio/plutonio, zirconio/afnio, e cobalto/nichel. Scambio ionico. Si possono usare resine e fibre di vario tipo, anche impregnate con agenti chelanti, per isolare cationi o anioni presenti nel liquore lisciviato. Questa tecnologia è molto usata per il riprocessamento dell'uranio e la separazione dei lantanoidi. Osmosi inversa. In questa tecnica si rimuove il solvente acqua dal liquore lisciviato, producendo quindi una soluzione più concentrata del metallo di interesse.
Recupero del metallo o del suo composto Per isolare il metallo tramite un suo composto si usano i metodi di cristallizzazione e precipitazione già menzionati in precedenza. Per ottenere il metallo in forma elementare occorre invece operare una riduzione, che si può effettuare per via chimica o elettrochimica:
Cementazione. Questa è una forma di precipitazione, dove si usa un metallo meno elettronegativo per far precipitare dalla soluzione un metallo più elettronegativo. Ad esempio si usano ferro o zinco metallici per ridurre ioni rame a rame metallico. Riduzione con gas. Anche un gas opportuno può essere usato come riducente facendolo gorgogliare attraverso la soluzione, in condizioni adatte di pH e pressione. Il gas più usato è l'idrogeno, ma sono utilizzati anche solfuro di idrogeno, diossido di zolfo e monossido di carbonio. Metodi elettrochimici. La riduzione elettrolitica viene usata per ricavare metalli poco reattivi da soluzioni acquose dei loro ioni; in inglese questo processo è denominato elettrowinning. La raffinazione elettrolitica è invece la tecnica usata per purificare un metallo grezzo tramite dissoluzione/rideposizione del metallo.
Note
Bibliografia
Categoria:Metallurgia Categoria:Processi chimici industriali