L'extraction et le raffinage du cuivre sont des procédés clés pour obtenir du cuivre de haute pureté à partir de minerais sulfurés. La combinaison du pyroraffinage et du raffinage électrolytique est au cœur de l'industrie moderne du cuivre. Ce procédé produit non seulement du cuivre électrolytique d'une extrême pureté, mais permet également de récupérer efficacement les métaux précieux et les éléments rares, offrant ainsi des avantages économiques et environnementaux.

Tout d'abord, le produit du traitement pyrométallurgique initial, le cuivre blister, nécessite une purification supplémentaire. L'affinage pyrométallurgique joue un rôle crucial à cette étape : après la fusion du cuivre blister, de l'air est introduit pour oxyder les impuretés restantes, telles que le fer, le zinc et le nickel, formant ainsi une écume qui peut être éliminée. Par la suite, des gaz réducteurs, comme le gaz naturel, sont injectés dans la masse fondue pour éliminer l'oxygène dissous du cuivre fondu avant sa coulée en plaques anodiques. À ce stade, la pureté du cuivre atteint environ 99,5 %, mais il contient encore des traces d'impuretés et de métaux précieux.

Vient ensuite le raffinage électrolytique, qui vise à purifier le cuivre pour obtenir une teneur supérieure. Les plaques anodiques sont placées dans une cellule électrolytique contenant une solution de sulfate de cuivre et d'acide sulfurique, une fine feuille de cuivre de haute pureté servant de cathode. Sous l'effet du courant continu, l'anode se dissout électrochimiquement et le cuivre pénètre dans l'électrolyte sous forme ionique (Cu²⁺) :

Cu(anode)→Cu2++2e−

Simultanément, une réaction de réduction se produit à la cathode, et les ions cuivre gagnent des électrons et se déposent sous forme de cuivre solide :

Cu2++2e−→Cu(cathode)Cu2++2e−→Cu(cathode)

Simultanément, une réaction de réduction se produit à la cathode, et les ions cuivre gagnent des électrons et se déposent sous forme de cuivre solide :

Ce procédé permet la migration directionnelle du cuivre de l'anode vers la cathode, obtenant ainsi du cuivre cathodique (également appelé cuivre électrolytique) d'une pureté allant jusqu'à 99,99 %, ce qui convient aux besoins industriels de haute précision tels que l'électronique et l'électricité.

Un autre avantage clé du raffinage électrolytique est la récupération des sous-produits. Les métaux précieux comme l'or et l'argent, ainsi que les métaux rares comme le sélénium et le tellure, sont insolubles dans l'électrolyte et se déposent donc sous forme de « boue anodique » au fond de la cellule électrolytique. Cette boue anodique devient une matière première essentielle pour l'extraction de ces éléments précieux, améliorant ainsi considérablement la rentabilité du procédé global.