Chapitre 22 • État naturel, extraction et utilisations 689
importants. Le sulfate de cuivre(II) est largement utilisé comme
fongicide. Le cuivre a un rôle biochimique essentiel, p. ex. dans la
cytochrome oxydase (impliquée dans la réduction de O 2 en H 2 O) et
dans l’hémocyanine (une protéine à cuivre qui transporte O 2 chez
les arthropodes). Les composés de cuivre ont de nombreux usages
catalytiques,et les applications analytiques comprennent le test du
biuret et l’utilisation de la liqueur de Fehling (paragraphe 22.12).
Les principaux minerais du zinc sont la sphalérite (blende de zinc,
ZnS, figure 6.18), la calamine (hémimorphite, Zn 4 Si 2 O 7 (OH) 2 ∙H 2 O)
et la smithsonite (ZnCO 3 ). L’extraction à partir de ZnS comporte
le grillage dans l’air pour donner ZnO suivi d’une réduction par le
électrolyte. Au cours de l’électrolyse, Cu est transféré de l’anode
à la cathode, ce qui donne un métal de haute pureté (p. ex. utilisable pour les fils électriques, l’utilisation la plus importante) et un
dépôt sous l’anode dont on peut extraire Ag et Au métalliques. Le
recyclage du cuivre est important (encadré 22.2). Comme il résiste
à la corrosion, Cu est très demandé pour les conduites d’eau et de
vapeur, et il est très utilisé pour l’extérieur des bâtiments, p. ex. les
toitures, où une exposition longue donne une patine verte de sulfate
basique ou de carbonate de cuivre. Les alliages de Cu comme le
laiton (Cu/Zn) (paragraphe 6.7), le bronze (Cu/Sn), le maillechort
(Cu/Zn/Ni) et le métal monétaire (Cu/Ni) sont commercialement
Les ressources de cuivre à la surface de la terre ont été réévaluées
récemment. On pense qu’environ 550 millions de tonnes sont présentes dans les minéraux du substrat rocheux et dans les nodules
océaniques. Le principal minerai de cuivre pour l’extraction traditionnelle est la chalcopyrite (CuFeS 2 ). Le processus d’extraction
conventionnel comporte une fusion et produit de grandes quantités de SO 2 (encadré 16.5). On peut empêcher la libération de SO 2
dans l’atmosphère par la production d’acide sulfurique comme produit secondaire (figure 16.2). Dans les années 1980, on a introduit
une nouvelle méthode d’extraction du cuivre qui utilise H 2 SO 4 provenant du procédé de fusion pour extraire Cu des minerais de cuivre
autres que ceux utilisés dans l’extraction traditionnelle, p. ex. l’azurite (2CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 ) et la malachite (CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 ). Le cuivre est extrait sous forme de CuSO 4 aqueux. Celui-ci est mélangé
avec un solvant organique capable d’extraire les ions Cu
2+ en échangeant ceux-ci avec des ions H
+
, ce qui donne H 2 SO 4 qui est recyclé dans l’étape de lessivage de l’opération. Le passage de la phase
aqueuse à la phase organique sépare les ions Cu
2+ des impuretés.
On ajoute alors de l’acide, ce qui fait passer à nouveau Cu
2+ dans
la phase aqueuse qui est électrolysée pour donner le cuivre métallique. Le procédé global est appelé extraction par solvant/extraction
électrolytique (SX/EW = « solvent-extraction/electrowinning »)
et fonctionne à température ambiante. C’est un procédé hydrométallurgique bon pour l’environnement, mais comme il repose sur
H 2 SO 4 , il est couramment couplé au traitement conventionnel par
fusion des minerais sulfurés. En Amérique du Sud, ≈ 40 % du Cu est
extrait actuellement (2006) par le procédé SX/EW. Dans les régions
où les minerais sulfurés sont prédominants, le cuivre est lessivé à
l’aide de bactéries. Une bactérie naturelle appelée Acidithiobacillus
thiooxidans oxyde l’ion sulfure en ion sulfate, et ce procédé de biolessivage fonctionne maintenant en parallèle avec SX/EW, pour une
fraction importante, comme substitut des opérations de traitement
par fusion conventionnelles.
Parmi les métaux, la consommation du cuivre n’est dépassée
que par celles de l’acier et de Al. La récupération de Cu des déchets
métalliques est une partie essentielle des industries fondées sur le
cuivre, p. ex. en 2005 aux USA, le métal recyclé constituait ≈ 30 %
de l’approvisionnement en Cu. La production minière mondiale
était en 2005 de 14,9 Mt, dont 35,7 % provenait du Chili et 7,8 %
des USA (les principaux producteurs mondiaux). Le recyclage du
métal est important pou des raisons environnementales : le déversement des déchets provoque la pollution, p. ex. des approvisionnements d’eau. Dans l’industrie électronique, on utilise des solutions
de NH 3 –NH 4 Cl en présence de O 2 pour graver Cu dans les circuits
imprimés. Les déchets de Cu
2+ résultants sont soumis à un procédé
analogue à SX/EW décrit précédemment. Les déchets sont traités
d’abord par un solvant organique XH qui est un composé du type
RR9C(OH)C(NOH)R0, dont la base conjuguée peut se comporter
comme un ligand :
[Cu(NH 3 ) 4 ]
2+
(aq) + 2XH(org)
→ CuX 2 (org) + 2NH 3 (aq) + 2NH 4
+
(aq)
où aq et org représentent respectivement la phase aqueuse et la
phase organique. On traite ensuite par H 2 SO 4 :
CuX 2 + H 2 SO 4 → CuSO 4 + 2XH
puis Cu est récupéré par des méthodes électrolytiques :
À la cathode : Cu
2+
(aq) + 2 e
–
→ Cu(s)
R E S S O U R c E S E T E n v i R O n n E m E n T
cuivre : ressources et recyclage
Encadré 22.2
La première étape du procédé SX/EW : une zone de lessivage dans une mine
de cuivre en Arizona aux USA.
Chris Shinn / Mira.com
importants. Le sulfate de cuivre(II) est largement utilisé comme
fongicide. Le cuivre a un rôle biochimique essentiel, p. ex. dans la
cytochrome oxydase (impliquée dans la réduction de O 2 en H 2 O) et
dans l’hémocyanine (une protéine à cuivre qui transporte O 2 chez
les arthropodes). Les composés de cuivre ont de nombreux usages
catalytiques,et les applications analytiques comprennent le test du
biuret et l’utilisation de la liqueur de Fehling (paragraphe 22.12).
Les principaux minerais du zinc sont la sphalérite (blende de zinc,
ZnS, figure 6.18), la calamine (hémimorphite, Zn 4 Si 2 O 7 (OH) 2 ∙H 2 O)
et la smithsonite (ZnCO 3 ). L’extraction à partir de ZnS comporte
le grillage dans l’air pour donner ZnO suivi d’une réduction par le
électrolyte. Au cours de l’électrolyse, Cu est transféré de l’anode
à la cathode, ce qui donne un métal de haute pureté (p. ex. utilisable pour les fils électriques, l’utilisation la plus importante) et un
dépôt sous l’anode dont on peut extraire Ag et Au métalliques. Le
recyclage du cuivre est important (encadré 22.2). Comme il résiste
à la corrosion, Cu est très demandé pour les conduites d’eau et de
vapeur, et il est très utilisé pour l’extérieur des bâtiments, p. ex. les
toitures, où une exposition longue donne une patine verte de sulfate
basique ou de carbonate de cuivre. Les alliages de Cu comme le
laiton (Cu/Zn) (paragraphe 6.7), le bronze (Cu/Sn), le maillechort
(Cu/Zn/Ni) et le métal monétaire (Cu/Ni) sont commercialement
Les ressources de cuivre à la surface de la terre ont été réévaluées
récemment. On pense qu’environ 550 millions de tonnes sont présentes dans les minéraux du substrat rocheux et dans les nodules
océaniques. Le principal minerai de cuivre pour l’extraction traditionnelle est la chalcopyrite (CuFeS 2 ). Le processus d’extraction
conventionnel comporte une fusion et produit de grandes quantités de SO 2 (encadré 16.5). On peut empêcher la libération de SO 2
dans l’atmosphère par la production d’acide sulfurique comme produit secondaire (figure 16.2). Dans les années 1980, on a introduit
une nouvelle méthode d’extraction du cuivre qui utilise H 2 SO 4 provenant du procédé de fusion pour extraire Cu des minerais de cuivre
autres que ceux utilisés dans l’extraction traditionnelle, p. ex. l’azurite (2CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 ) et la malachite (CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 ). Le cuivre est extrait sous forme de CuSO 4 aqueux. Celui-ci est mélangé
avec un solvant organique capable d’extraire les ions Cu
2+ en échangeant ceux-ci avec des ions H
+
, ce qui donne H 2 SO 4 qui est recyclé dans l’étape de lessivage de l’opération. Le passage de la phase
aqueuse à la phase organique sépare les ions Cu
2+ des impuretés.
On ajoute alors de l’acide, ce qui fait passer à nouveau Cu
2+ dans
la phase aqueuse qui est électrolysée pour donner le cuivre métallique. Le procédé global est appelé extraction par solvant/extraction
électrolytique (SX/EW = « solvent-extraction/electrowinning »)
et fonctionne à température ambiante. C’est un procédé hydrométallurgique bon pour l’environnement, mais comme il repose sur
H 2 SO 4 , il est couramment couplé au traitement conventionnel par
fusion des minerais sulfurés. En Amérique du Sud, ≈ 40 % du Cu est
extrait actuellement (2006) par le procédé SX/EW. Dans les régions
où les minerais sulfurés sont prédominants, le cuivre est lessivé à
l’aide de bactéries. Une bactérie naturelle appelée Acidithiobacillus
thiooxidans oxyde l’ion sulfure en ion sulfate, et ce procédé de biolessivage fonctionne maintenant en parallèle avec SX/EW, pour une
fraction importante, comme substitut des opérations de traitement
par fusion conventionnelles.
Parmi les métaux, la consommation du cuivre n’est dépassée
que par celles de l’acier et de Al. La récupération de Cu des déchets
métalliques est une partie essentielle des industries fondées sur le
cuivre, p. ex. en 2005 aux USA, le métal recyclé constituait ≈ 30 %
de l’approvisionnement en Cu. La production minière mondiale
était en 2005 de 14,9 Mt, dont 35,7 % provenait du Chili et 7,8 %
des USA (les principaux producteurs mondiaux). Le recyclage du
métal est important pou des raisons environnementales : le déversement des déchets provoque la pollution, p. ex. des approvisionnements d’eau. Dans l’industrie électronique, on utilise des solutions
de NH 3 –NH 4 Cl en présence de O 2 pour graver Cu dans les circuits
imprimés. Les déchets de Cu
2+ résultants sont soumis à un procédé
analogue à SX/EW décrit précédemment. Les déchets sont traités
d’abord par un solvant organique XH qui est un composé du type
RR9C(OH)C(NOH)R0, dont la base conjuguée peut se comporter
comme un ligand :
[Cu(NH 3 ) 4 ]
2+
(aq) + 2XH(org)
→ CuX 2 (org) + 2NH 3 (aq) + 2NH 4
+
(aq)
où aq et org représentent respectivement la phase aqueuse et la
phase organique. On traite ensuite par H 2 SO 4 :
CuX 2 + H 2 SO 4 → CuSO 4 + 2XH
puis Cu est récupéré par des méthodes électrolytiques :
À la cathode : Cu
2+
(aq) + 2 e
–
→ Cu(s)
R E S S O U R c E S E T E n v i R O n n E m E n T
cuivre : ressources et recyclage
Encadré 22.2
La première étape du procédé SX/EW : une zone de lessivage dans une mine
de cuivre en Arizona aux USA.
Chris Shinn / Mira.com