Kuparin elektrolyyttinen puhdistus

Kuparin elektrolyyttinen puhdistus on menetelmä, jossa kupari puhdistetaan elektrolyysin avulla.

Tausta 

Metallit hapettuvat helposti luovuttaessaan elektroneja ja tämän vuoksi niitä löytyy luonnosta yleensä malmina ja erilaisina ioniyhdisteinä kuten oksideina, sulfiitteina ja silikaatteina. Jalometallit eivät hapetu helposti, joten niitä löytyy luonnosta puhtaina metalleina.

Metallien elektrolyyttinen puhdistus eli raffinointi on yksi elektrolyysin sovelluksista.

Reaktio ja menetelmä 

Kuparin puhdistus elektrolyyttisesti tapahtuu seuraavanlaisissa elektrodireaktioissa:
Anodi: Cu (s) → Cu2+ (aq) + 2e-
Katodi: Cu2+ (aq) + 2e- → Cu (s)

Anodina toimii epäpuhdas kuparilevy. Katodina toimii puhdas kuparinen siemenlevy tai haponkestävästä teräksestä valmistettu kestokatodi. Rikkihappoa sisältävä kuparisulfaattiliuos toimii elektrolyyttinä. Anodi- ja katodisauvat on yhdistetty toisiinsa sähköjohdolla ja väliin on kytketty tasavirtalähde, jonka tuottaman jännitteen avulla epäpuhdas kupari pakotetaan hapettumaan. Jännitteen avulla anodisauvan aineet hajoavat ioneiksi ja liukenevat elektrolyysinesteeseen tai saostuvat astian pohjalle liejuksi. Katodin puhtausasteeseen voidaan vaikuttaa huomioimalla fyysisten, kemiallisten ja sähköisten olosuhteiden tekijöitä.

Rikkihappoa sisältävään kuparisulfaattiliuokseen liukenee elektrolyysin aikana anodilevyltä kuparia, joka siirtyy katodilevylle ja saostuu puhtaan kuparilevyn pintaan. Elektrolyysiprosessin päätyttyä katodina toimineen puhtaan kuparilevyn pinnalle on nesteessä tapahtuneen kupari-ionien pelkistymisreaktion tuloksena saostunut erittäin puhdasta kuparia. Raakakuparinen anodilevy pienenee hapettumisreaktion aikana muodostaen liuokseen liuenneita sinkki-, rauta-, nikkeli- ja kupari-ioneja sekä jalometalleja hopeaa, kultaa ja platinaa. Kupari-ioneja helpommin pelkistyvät epäpuhtaudet saostuvat anodilta pohjalle anodiliejuksi. Astian pohjalla oleva anodilieju sisältää hopeaa, kultaa, platinaryhmän metalleja sekä seleeniä ja telluuria hopea- ja kupariyhdisteinä ja lyijyä ja tinaa sulfaatti- ja oksidiyhdisteinä. Vähemmän herkästi pelkistyvät metallit jäävät liuokseen ioneina.

Elektrolyyttisellä puhdistusmenetelmällä saadaan tuotettua jopa 99,99-prosenttista kuparia.

Lähteet 
Laitinen R. & Toivonen J., Yleinen ja epäorgaaninen kemia. 1982. ISBN 951-672-136-2. Karisto Oy. Hämeenlinna 1995. 339 s. (s. 257–258)
Zumdahl S. & S., Chemistry. Fifth edition. 2000. Houghton Mifflin Company. Boston, New York 2000. 1143 s. (s. 871–875)
Vilpas K., Kuparielektrolyysin vesien käyttö. 2007. Satakunnan ammattikorkeakoulu. Pori. 57 s. + 13 liitesivua.

Elektrolyysi