Etudier l'obtention d'un métal par hydrométallurgie Méthode

L'hydrométallurgie est une technique d'extraction des métaux qui comporte plusieurs étapes. Le métal est solubilisé (lixiviation) pour permettre sa purification puis une électrolyse permet de le récupérer. On obtient ainsi, par des réactions chimiques, le métal extrait à l'état pur et solide.

On obtient la purification de minerais contenant de l'oxyde de zinc \(\displaystyle{\ce{ZnO}}\) par hydrométallurgie afin de récupérer le zinc et de le séparer du nickel en réalisant l'expérience suivante :

Déterminer les réactions mises en jeu lors des étapes de lixiviation, de purification et d'électrolyse.

Données : couples rédox

\(\displaystyle{\ce{Zn^{2+}/Zn}}\)
\(\displaystyle{\ce{Ni^{2+}/Ni}}\)
\(\displaystyle{\ce{O2/H2O}}\)

Etape 1

Déterminer la réaction lors de la lixiviation

La lixiviation permet d'obtenir le métal à partir de son oxyde. C'est une réaction avec les ions \(\displaystyle{\ce{H+}}\) (provenant de l'acide sulfurique en solution) qui produit le métal et de l'eau.

La lixiviation permet d'obtenir le zinc à partir de l'oxyde de zinc en réagissant avec les ions \(\displaystyle{\ce{H+}}\) :

\(\displaystyle{\ce{ZnO + 2H+\ce{->}Zn^{2+} + H2O}}\)

Etape 2

Déterminer la réaction lors de la purification

La purification permet d'éliminer les autres ions métalliques en solution. On réalise une réaction d'oxydoréduction avec ces ions métalliques et le métal souhaité.

La purification permet d'éliminer les ions \(\displaystyle{\ce{Ni^{2+}}}\) en solution. On réalise une réaction d'oxydoréduction entre ces ions et le zinc :

\(\displaystyle{\ce{Ni^{2+} +Zn\ce{->}Ni + Zn^{2+}}}\)

Etape 3

Déterminer la réaction lors de l'électrolyse

L'électrolyse permet d'obtenir un dépôt du métal souhaité sur une électrode. Il y a une réaction d'oxydoréduction avec l'eau en solution :

À l'anode, une oxydation de l'eau
À la cathode, une réduction de l'ion métallique

L'électrolyse permet d'obtenir un dépôt du zinc. Il y a une réaction d'oxydoréduction avec l'eau en solution :

À l'anode, une oxydation de l'eau : \(\displaystyle{\ce{H2O \ce{->}2H+ + 1/2O2 + 2e-}}\)
À la cathode, une réduction de l'ion métallique : \(\displaystyle{\ce{Zn^{2+} + 2e- \ce{->}Zn}}\)

On obtient l'équation bilan suivante :

\(\displaystyle{\ce{Zn^{2+} + H2O \ce{->}Zn + 1/2 O2 + 2H+}}\)