EXTRACTION DU CUIVRE, DU FER, DU MAGNESIUM DU MANGANESE, DU NICKEL, DU PLOMB ET DU ZINC

Généralités sur les métaux étudiés (Cu , Fe , Mn , Ni , Pb , Zn) Les métaux , que nous nous proposons de faire leur extraction à l’aide d’une résine imprégnée d’extractant , peuvent être qualifiés de métaux lourds puisqu’ils ont , tous une masse volumique supérieure à 5g/cm3 ( protocole relatif aux métaux lourds de la convention de Genève). Ces métaux lourds présentent un caractère toxique pour la santé et l’environnement. Nous exposerons ici les propriétés physiques et chimiques de ces métaux , leur utilisation dans le domaine de l’ industrie et leur toxicité.

LE CUIVRE

Le cuivre qui existe à l’état natif ou est aisément obtenu par réduction , a été utilisé depuis la plus haute antiquité, vraisemblablement avant le bronze. Son nom viendrait de cyprium( Chypre) où les romains en exploitaient des gisements importants. Le cuivre a des propriétés remarquables extrêmement nombreuses.

Propriérés physiques

C’est un métal rouge par réflexion , vert par transparence et qui appartient au groupe IB du tableau de classification périodique. Sa structure électronique [Ar] 3d10 4s1 , explique ses degrés d’oxydation Cu+ et Cu2+. Ses températures de fusion et d’ ébullition sont respectivement 1083°C et 2396°C , sa densité est de 8,92. De numéro atomique 29 , sa masse atomique est de 63,54g/mol. Il est très malléable et ductile, sa résistance à la traction est faible. Il conduit bien l’électricité et la chaleur [8]. Le cuivre est situé au dessous de l’hydrogène dans la série électromotrice ; avec un potentiel standard de +0,522V (Cu+ /Cu) et 0,345( Cu2+/Cu).

-Propriétés chimiques

Au cuivre il lui correspond 2 ions stables : Cu+ ion cuivreux et Cu2+ ion cuivrique qui engendrent 2 oxydes et 2 séries de sels ; les sels cuivreux et les sels cuivriques. Les sels cuivreux généralement très peu solubles et blancs (CuCl, CuBr, CuI) ou noir Cu2S, n’existent pratiquement en solution qu’à l’état de complexes, qu’on détruit aisément par précipitation de composés peu solubles. Les sels cuivriques, généralement bleus (Cu2+, hydraté) peuvent être bleus, verts, jaunes ou bruns à l’état de complexes. Les ions Cu2+ précipitent par action de H2S, en milieu acide (CuS, noir) et par la soude (Cu(OH)2, bleu) et donnent avec l’ammoniaque une coloration bleue très sensible par formation de complexes aminés. Une autre réaction caractéristique consiste à précipiter du diéthyldithiocarbamate de cuivre, jaune brun, soluble dans l’acétate d’ammonium par addition de dithiocarbamate d’ammonium en présence de complexons, pour complexer les ions gênants [9]. Le cuivre se recouvre d’une couche protectrice d’oxyde de Cu(I) lorsqu’il est exposé à l’air. En présence d’air humide et de CO2 , il se forme un dépôt verdâtre de carbonate( vert de gris) et d’hydroxyde de cuivre par suite d’une réaction entre l’eau , le CO2 et l’oxyde de cuivre. 2Cu2O +2H2O + 2 CO2 2 CuCO3.Cu(OH)2 Le cuivre se combine avec la plupart des éléments non métalliques , surtout à des températures très élevées. Chaud , il brûle dans une atmosphère de chlore pour former des vapeurs brunes de chlorures de Cu(II) : Cu + Cl2 CuCl2 Le cuivre ne peut libérer l’hydrogène des acides. Il peut cependant réagir sur les acides qui sont des oxydants énergiques comme l’acide nitrique et l’acide sulfurique 3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 4 H2O + 2 NO Cu + 2 H2SO4 CuSO4 + 2 H2O + SO2 [10] C’est sous forme de sulfure que le Cuivre se rencontre le plus souvent dans la nature. Ainsi ces sulfures sont : la chalcosine Cu2S , la covelline CuS , la chalcopyrite Cu2S,FeS3 ( c’est le plus important des sulfures naturels , il cristallise dans le système quadratique , on le trouve en même temps que la pyrite FeS2). Les oxydes cuivreux ( cuprite Cu2O) et cuivrique existent à l’état naturel ainsi que la malachite verte CuCO3,Cu(OH)2 [8]. Le Cuivre forme de nombreux alliages , recherchés pour leur conductivité électrique ou thermique , leur propriété mécanique , leur résistance à la corrosion , la facilité de leur mise en forme. Les plus connus sont le laiton( 60% Cu et 40% Zn) , le bronze( 90% Cu et 10% Sn) , les autres étant le maillechort (Cu Ni et Zn) , le cupronickel (Cu , Ni) , l’amalgame dentaire(Hg ; Cu) et l’or de frappe(Au , Cu).

Utilisations industrielles

Le cuivre joue un rôle important en biochimie , la plupart du temps à l’état de traces. Il entre dans la composition du pigment bleu des gastéropodes dont la fonction est analogue à celle de l’hémoglobine du sang chez les vertébrés , bien qu’il soit de nature très différente ; le Cuivre y tient la fonction du fer [10]. Le sulfate de cuivre CuSO4.5H2O , appelé couramment le vitriol bleu , est utilisé pour effectuer des dépôts électrolytiques de Cuivre dans la construction de piles électriques [10]. Pur ou en alliages, il est très utilisé dans l’industrie électrotechnique comme conducteur (fils, câbles, contacteurs, etc.) ; dans la construction navale , dans les réseaux de distribution d’eau , pour la fabrication d’ustensiles de cuisine , de pièces de monnaie de bijoux de miroirs , etc. Le Cuivre entre dans la formulation d’engrais , de bactéricides d’algicides et de peintures anticorrosives. Il sert également à la préparation d’additifs pour l’alimentation du bétail et de la volaille en tant que produits favorisant la croissance ou permettant de lutter contre les maladies. Dans l’industrie on l’utilise comme activateur pour la flottation des minerais sulfurés , pour la production d’agents de protection du bois , en galvanoplastie , dans la fabrication des colorants azoïques (pour le cuir notamment), comme mordant pour les colorants de tissus, dans le raffinage du pétrole et enfin pour la préparation de composés divers

-Toxicité

Le corps humain contient en moyenne 100mg de cuivre. L’impossibilité de ne pouvoir sécréter du cuivre est connu sous le nom de maladie de Wilson[11]. En tant qu’élément constituant de nombreuses enzymes, le Cuivre est un oligo-élément essentiel. Les intoxications se produisent essentiellement par inhalation de poussières et de vapeurs de Cuivre. Les intoxications par ingestion sont rares et provoquent des vomissements. L’inhalation de poussières et de vapeurs de Cuivre provoque un refoulement sanguin dans les membranes nasales et les muqueuses et peut entraîner une perforation de la cloison nasale .