Idrometallurgia: fasi, liscivazione acida e alcalina

L’idrometallurgia è un processo di estrazione dei metalli dai minerali mediante dissoluzione dei minerali  in una fase acquosa e successivo recupero del metallo.
Questo processo presenta il vantaggio, rispetto ad altre tecniche comunemente usate, di essere selettivo, economico e a basso impatto ambientale.

Fasi

L’idrometallurgia, che è utilizzata nell’estrazione di metalli meno reattivi come l’oro e l’argento, avviene in soluzione. Esso è suddivisa in tre fasi: lisciviazione, concentrazione e purificazione della soluzione e recupero del metallo.

La lisciviazione comporta l’uso di soluzioni acquose acide o basiche che vengono portate a contatto con un materiale contenente un metallo prezioso; la soluzione può essere acida o basica.
Nel processo di lisciviazione si tiene conto di svariati parametri quali:

• temperatura
• pH
•  potenziali di riduzione del metallo

per ottimizzare la dissoluzione del componente metallico desiderato nella fase acquosa.

I metodi più selettivi per separare i metalli dai loro minerali sono basati sulla formazione di complessi metallici.

Ad esempio i minerali contenenti uranio, dopo essere stati sottoposti a trattamenti preliminari come arrostimenti e macinatura si procede alla lisciviazione che può essere acida o basica.
L’idrometallurgia  è un processo poco impattante poiché prevede l’estrazione dei metalli tramite opportuni solventi e poi una separazione per via elettrolitica.

Lisciviazione acida

La lisciviazione acida ha il vantaggio di richiedere temperature più basse, tempi minori e richiede un pretrattamento inferiore rispetto alla lisciviazione alcalina.

Nei minerali l’uranio si trova in genere sotto forma di ossidi in cui presenta numero di ossidazione +4 e +6.

L’acido che viene utilizzato è tipicamente l’acido solforico e l’uranio viene ossidato utilizzando diossido di manganese, clorato di sodio e sali di ferro (III).

La reazione che avviene a circa 60°C prevede l’ossidazione dell’uranio che passa da numero di ossidazione +4 a numero di ossidazione +6 sotto forma di uranile:
UO₂ + 2 Fe³⁺ → UO₂²⁺ + 2 Fe²⁺

Se l’uranio si trova sotto forma di triossido di uranio in ambiente acido si trasforma anch’esso in uranile:
UO₃ + 2 H⁺ → UO₂²⁺ + H₂O

L’uranile reagisce con il solfato per formare il complesso di solfato di uranile:
UO₂²⁺ + 3 SO₄^2- → [UO₂(SO₄)₃]^4-

Lisciviazione alcalina

La lisciviazione alcalina presenta il vantaggio di essere più selettiva in particolare per i minerali dell’uranio e quindi la soluzione conterrà meno impurità.

Nel corso del processo l’uranio sotto forma di biossido di uranio è ossidato a triossido di uranio secondo la reazione:
2 UO₂ + O₂ →2 UO₃

Si procede quindi alla reazione con carbonato di sodio e carbonato acido di sodio per ottenere il tricarbonato di uranile altamente solubile secondo la reazione:
UO₃ + Na₂CO₃ + 2 NaHCO₃ → Na₄[UO₂(CO₃)₃] + H₂O

Vengono utilizzati carbonato di sodio e carbonato acido di sodio piuttosto che un idrossido per impedire la formazione di idrossido di uranile. A causa della bassa velocità di reazione sono usate pressione temperature più elevate per accelerare il processo.

Dopo la lisciviazione la soluzione deve essere concentrata e devono essere allontanati ioni indesiderati tramite processi come la precipitazione.
Il recupero del metallo è l’ultimo stadio del processo che può avvenire tramite elettrolisi, riduzione o precipitazione.

Un altro esempio è costituito dall’oro che viene in genere rinvenuti in associazione in depositi di quarzo o pirite da cui viene estratto usando la lisciviazione con cianuro.
Il minerale contenente oro è trattato con cianuro di sodio in presenza di ossigeno secondo la reazione:
4 Au + 8 NaCN + O₂ + H₂O → 4 Na[Au(CN)₂] + 4 NaOH

Aggiungendo polvere di zinco alla soluzione si ottiene oro ad elevato grado di purezza secondo la reazione:
Zn + 2 [Au(CN)₂]^– → [Zn(CN)₂]^2- + 2 Au

In modo analogo si possono separare cobalto (III), nichel (II) e rame (I) utilizzando ammoniaca che forma con tali ioni composti di coordinazione.
L’idrometallurgia può essere utilizzata per recupero di metalli e altri materiali dai rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche