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).[1][2][3][4][5]
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
[modifica | modifica wikitesto]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:[2]
- 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).[1][2][3]
Concentrazione e purificazione della soluzione
[modifica | modifica wikitesto]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.[2]
- 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.[1][2][3]
- 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.[1][2][3]
- Osmosi inversa. In questa tecnica si rimuove il solvente acqua dal liquore lisciviato, producendo quindi una soluzione più concentrata del metallo di interesse.[2]
Recupero del metallo o del suo composto
[modifica | modifica wikitesto]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.[2][6]
- 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.[1][2]
- 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
[modifica | modifica wikitesto]- ^ a b c d e Swaddle 1997
- ^ a b c d e f g h i Krüger et al. 2002
- ^ a b c d Habashi 2005
- ^ Habashi 2009
- ^ Silberberg e Amateis 2015
- ^ Enciclopedia Sapere 2017
Bibliografia
[modifica | modifica wikitesto]- Enciclopedia Sapere, Cementazióne, su sapere.it, De Agostini, 2017. URL consultato l'11 settembre 2017.
- (EN) F. Habashi, A short history of hydrometallurgy, in Hydrometallurgy, vol. 79, 2005, pp. 15-22, DOI:10.1016/j.hydromet.2004.01.008.
- (EN) F. Habashi, Recent Trends in Extractive Metallurgy, in Journal of Mining and Metallurgy, Section B: Metallurgy, vol. 45, n. 1, 2009, pp. 1-13, DOI:10.2298/JMMB0901001H.
- (EN) J. Krüger, J. Reisener, M. Reuter e K. Richter, Metallurgy, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2002, DOI:10.1002/14356007.a16_375.
- (EN) M. S. Silberberg e P. Amateis, Chemistry: the molecular nature of matter and change, 7ª ed., New York, McGraw-Hill, 2015, ISBN 978–0–07–351117–7.
- T. W. Swaddle, Inorganic chemistry: an industrial and environmental perspective, Elsevier, 1997, ISBN 0-12-678550-3.
