【プロ講師解説】このページでは『銅の工業的製法「粗銅の精製・電解精錬」（仕組みから陽極泥の詳細など）』について解説しています。（銅の性質等については銅の単体・酸化物・銅原子を含む塩の性質や製法などを参照）解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。
工業的製法の流れ・仕組み
銅の工業的製法は主に「粗銅の精製」と「電解精錬」の2段階に分けることができる。
ここでは、これらの段階をより細かくした以下の3STEPで、工業的製法の流れ・仕組みを確認していこう。
| STEP1 | 原料となる黄銅鉱（CuFeS2）にコークス（C）と石灰石（CaCO3）を混ぜて溶鉱炉で加熱 → 硫化銅(Ⅰ)Cu2Sが生成 |
| STEP2 | STEP1で得たCu2Sに転炉でO2を吹き込み加熱 → 粗銅が生成 |
| STEP3 | 電解精錬を行う → 純銅が生成 |
STEP1
まずは、原料となる黄銅鉱（CuFeS2）にコークスCと石灰石CaCO3を混ぜて溶鉱炉で加熱する。
4CuFeS_{2}+9O_{2}→2Cu_{2}S+2Fe_{2}O_{3}+6SO_{2}
\]
これにより硫化銅(Ⅰ)Cu2Sが生じる。
STEP2
次に、STEP1で得たCu2Sに転炉でO2を吹き込み加熱する。
2Cu_{2}S + 3O_{2} → 2Cu_{2}O + 2SO_{2}・・・①\\
2Cu_{2}O + Cu_{2}S → 6Cu+SO_{2}・・・②
\]
①と②の反応式を足し合わせると…
3Cu_{2}S + 3O_{2} → 6Cu + 3SO_{2}
\]
全係数を3で割って…
Cu_{2}S + O_{2} → 2Cu + SO_{2}
\]
ここで精製した銅は粗銅と呼ばれる不純物を多く含んだ銅。
STEP3で電解精錬を行うことで不純物を取り除き、より純粋な銅にしていく。
STEP3
最後に、電解精錬を行い純銅を得る。
※電解精錬の仕組みについて詳しくは以下に別枠で記載
電解精錬の仕組み
| STEP1 | 粗銅を陽極に、純銅を陰極にして硫酸銅(Ⅱ)CuSO4水溶液中で電気分解（電解精錬）を行う |
| STEP2 | 陽極（粗銅）に含まれる金属のうち、銅と銅よりイオン化傾向が高い金属が電子e–を放出して溶け出し、残りは陽極板の下に沈殿する |
| STEP3 | 陰極で（水溶液中で最もイオン化傾向が低い）Cu2+がe–を受け取り、単体のCu（純銅）になり、陰極板の純銅にはりつく |
STEP1
まずは、粗銅を陽極に、純銅を陰極にして硫酸銅(Ⅱ)CuSO4水溶液中で電気分解（＝電解精錬）を行う。
STEP2
CuSO4水溶液中には当然銅イオンCu2+が存在している。
したがって、銅よりもイオン化傾向が大きい金属は「銅がイオンになってるのに自分がなっていないのはおかしい！」という感じで溶液中に溶け出し、陽イオンとなる。（銅も、周りの液に既に銅イオンが存在しているので、溶け出してCu2+となる）
一方、粗銅に含まれる”銅よりもイオン化傾向が小さい金属（銀や金など）”は（陽イオンにはならず）金属板からはがれて沈殿を形成する。（＝陽極泥）
STEP3
陰極では、Cu2+がe–を受けとり単体のCu（純銅）となり、陰極板の純銅にはりつく。
Zn2+やFe2+はCu2+に比べてイオン化傾向が大きいので、e–を受け取り単体になることはない。
電解精錬の反応式まとめ
陽極の反応式
Zn → Zn^{2+} + 2e^{-}\\
Fe → Fe^{2+} + 2e^{-}\\
Cu → Cu^{2+} + 2e^{-}\\
（AgやAuは陽極泥として沈殿）
\]
陰極の反応式
Cu^{2+} + 2e^{-} → Cu
\]
銅の製法に関する演習問題
銅は工業的に【１】の精製と【２】を行うことで作られる。
銅の生成では、まず原料となる【１】にコークスCと石灰石CaCO3を混ぜて溶鉱炉で加熱し【２】を得る。次に【２】に転炉で酸素O2を吹き込み加熱し【３】を得る。最後に【４】を行い純粋な銅が完成する。
電解精錬では、陽極に【１】を、陰極に【２】を用いる。
粗銅に含まれる「銅よりもイオン化傾向が【１（大きor小さ）】い金属」は金属板からはがれて【２】と呼ばれる沈殿を形成する。
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・化学のグルメ運営代表
・高校化学講師
・薬剤師
・デザイナー/イラストレーター
数百名の個別指導経験あり（過去生徒合格実績：東京大・京都大・東工大・東北大・筑波大・千葉大・早稲田大・慶應義塾大・東京理科大・上智大・明治大など）
2014年よりwebメディア『化学のグルメ』を運営
公式オンラインストアで販売中の理論化学ドリルシリーズ・有機化学ドリル等を執筆
著者紹介詳細