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.
Questo processo, che viene utilizzato nell’estrazione di metalli meno reattivi come l’oro e l’argento, avviene in soluzione ed è suddiviso 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 e 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.
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 SO42- → [UO2(SO4)3]4-
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 viene 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 vengono 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 viene 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.