【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について完全解説！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・仕組みを一から確認していこうと思う。
| 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いことは以下に記述してあるのでそちらを確認しよう！
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。従って、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やろ！」という感じで溶液中に溶け出し、陽イオンとなる。（当然銅も、周りの液に既に銅イオンが存在しているわけだから、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、陰極板の純銅に貼り付く。
Zn2+やFe2+はCu2+に比べてイオン化傾向（＝イオンでいたい度合い）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
\]
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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
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