TP N 1 : Recyclage du cuivre en milieu aqueux.

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1 TP N 1 : Recyclage du cuivre en milieu aqueux. Introduction : Les domaines d applications du cuivre sont très étendus. Le cuivre est utilisé dans l industrie électrique et électronique, le secteur de la construction mécanique, des transports et du bâtiment, l industrie agro-alimentaire, chaudronnerie (casserole et marmite). Cela s explique par les propriétés du cuivre sous forme de métal, d alliage ou de composés : excellente conductibilité électrique et thermique, résistance à la corrosion, malléabilité et ductibilité, et ses propriétés fongicides et bactéricides. Les apports anthropiques de cuivre dans l environnement sont liés à la production, à l utilisation ou à l élimination du cuivre. Ils ont principalement pour origine les activités industrielles (émission vers les eaux et les sols sous forme d effluents constitués de cuivre en solutions aqueuses) ainsi que les activités agricoles (épandages des fumiers et lisiers de bovins, porcins et de volailles dont l alimentation est complémentée en cuivre ; traitements phytosanitaires des cultures des vignes et des arbres à base de sulfate de cuivre ; utilisation d engrais minéraux). De façon générale, le recyclage du cuivre permet de réduire les rejets dans l environnement et de diminuer l énergie utilisée pour la production de cuivre. De plus en plus utilisé, son recyclage est très rentable.

2 L'arrêté du 2 février 1998, relatif aux prélèvements et à la consommation d'eau indique, dans l article 32, les seuils de rejets contenant du cuivre. Ainsi, les eaux résiduaires rejetées au milieu naturel doivent respecter, selon le flux journalier maximal autorisé, les valeurs limites de concentration en cuivre de : 0,5 mg/l si le rejet dépasse 5 g/j. L objectif de cette première partie est de vérifier si une solution SE de sulfate de cuivre, mise à disposition et modélisant la solution rejetée par une entreprise de traitement de minerai, respecte ou ne respecte pas la règlementation en vigueur en France. I. Détermination de la concentration massique d une solution de sulfate de cuivre SE. Les solutions de sulfate de cuivre sont bleues. On peut donc utiliser la spectrophotométrie pour déterminer la concentration de cette solution. Pour cela, il faut disposer d une solution de sulfate de cuivre de concentration connue et préparer une série de solutions diluées. Il s agit donc de préparer une échelle de teintes. Pour préparer des solutions diluées, il faut utiliser des pipettes jaugées et des fioles jaugées. Pour utiliser correctement la pipette jaugée, le trait de la pipette (non visible sur l image) doit être situé au niveau des yeux.

3 Les volumes de solution de sulfate de cuivre prélevés à l aide d une pipette sont ensuite introduits dans des fioles jaugées. L addition d eau dans la fiole jaugée, permet de diluer la solution. Les solutions aqueuses de sulfate de cuivre très diluées absorbent peu. Il est préférable de rajouter alors dans chaque solution diluée un même volume d ammoniac qui donne aux différentes solutions diluées une couleur bleutée plus marquée. Les solutions seront alors plus absorbantes. Après une heure de manipulations, les élèves finissent de préparer leur échelle de teintes et sont fiers de leur travail.

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5 Une fois l échelle de teintes préparée, il faut mesurer l absorbance de chaque solution à l aide d un colorimètre : En cours de séance, Madame La Proviseure vient encourager les élèves dans la préparation du concours :

6 Une fois les mesures d absorbance terminées, la construction d un graphique est nécessaire pour répondre à la problématique. Un graphique donnant l absorbance en fonction de la concentration des différentes solutions diluées est tracé sur papier millimétré et sur tableur.

7 Le graphique obtenu correspond à une droite qui passe par l origine. En solution diluée, il y a donc proportionnalité entre absorbance et concentration. Les élèves viennent de vérifier la loi de Beer-Lambert. La solution S E modélisant la solution rejetée par l entreprise étant trop concentrée, celle-ci a été préalablement diluée 5 fois. A partir du graphique, les élèves trouvent la concentration de la solution S E de sulfate de cuivre diluée. Sur le graphique, on peut lire C = 7, mol/l. La solution S E ayant été diluée 5 fois, la concentration de la solution utilisée par l entreprise correspond à 7, = 3, mol/l ce qui correspond à une concentration massique en cuivre de 2,4 g/l. Cette concentration dépasse largement la limite légale fixée à 0,5 mg/l pour pouvoir rejeter cette solution dans l environnement. Que peut-on faire alors de cette solution? De nombreux objets de la vie quotidienne peuvent être recouverts de cuivre : pour cela on réalise une électrolyse. II. Electrolyse d une solution de sulfate de cuivre. Les élèves expliquent et réalisent le montage de l électrolyse de la solution de sulfate de cuivre S E.

8 Le montage est constitué par un circuit électrique en série comportant un générateur, un interrupteur, un rhéostat, un ampèremètre et un bécher contenant la solution de sulfate cuivre. Une lame de cuivre est reliée au pôle positif du générateur et une lame de graphite au pôle moins. Les deux lames trempent dans la solution de sulfate de cuivre. L interrupteur est fermé et on laisse l électrolyse en route pendant 20 minutes. Après 20 minutes, la lame de graphite s est recouverte de cuivre.