PROCESOS QUÍMICOS METALÚRGICOS Algunos metales, tales

PROCESOS QUÍMICOS METALÚRGICOS
Algunos metales, tales como el oro, la plata y a veces el cobre, se encuentran en la naturaleza
como elementos libres; sin embargo, la mayoría de los metales se encuentran como óxidos o bien
como sales.
La metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracción de metales de sus fuentes naturales y
de su preparación para usos prácticos. En general contempla los siguientes pasos:

Explotación de yacimientos.

Concentración de la mena.

Reducción de la mena para obtener el metal libre.

Refinación o purificación del metal.

Mezclado del metal con otros elementos a fin de modificar sus propiedades, caso donde se
obtiene una aleación.
Es importante distinguir en un yacimiento la mena, que corresponde al material de un depósito
mineral suficientemente concentrado para permitir la recuperación económica del metal deseado,
y la ganga, que consiste en las impurezas como arena y barro con las que está mezclada la
mena.
Una vez extraída la mena del yacimiento, se tritura, se muele y posteriormente se trata para
concentrar el mineral y separarlo de la ganga. Posteriormente, de la mena se extrae el metal por
un proceso de reducción, que puede ser la pirometalurgia, cuando se usan altas temperaturas o
la hidrometalurgia, cuando se utiliza agua en el proceso.
Pirometalurgia del hierro
La hematita, Fe2O3, y la magnetita, Fe3O4, son dos minerales donde el hierro se encuentra como
óxido y es mediante el proceso de la pirometalurgia que se puede obtener este elemento.
La reducción del hierro ocurre en un “alto horno”, que consiste en un reactor químico capaz de
trabajar de manera continua.
El alto horno se carga por la parte superior con una mezcla de mena de hierro, coque y piedra
caliza. El coque sirve como combustible, es decir, entrega la energía necesaria para producir las
altas temperaturas y además aporta los gases reductores CO y H 2.
La piedra caliza, CaCO3, sirve
como fuente de CaO, que
reacciona con los silicatos y
otras sustancias para formar la
escoria. Otra materia prima
importante es el aire, ya que se
requiere para la combustión del
coque.
Nótese la diferencia de
temperatura en las diferentes
partes del alto horno.
El proceso químico que ocurre
es el siguiente:
1. En el horno el oxígeno
reacciona con el coque y se
forma monóxido de carbono,
liberándose energía calórica.
C(s) + O2(g)  2 CO(g)
2. El vapor de agua reacciona
con el carbono, produciendo monóxido de carbono e hidrógeno. Esta reacción es endergónica y
además sirve para regular la temperatura en el alto horno.
H2O(g) + C(s)  CO(g) + H2(g)
3. Estos dos gases son los encargados de reducir los óxidos de hierro a hierro metálico.
Fe3O4(s)+ 4 CO(g)  3 Fe(s)+ 4 CO2(g)
Fe3O4(s)+ 4 H2(g)  3 Fe(s) + 4 H2O(g)
El hierro fundido se acumula en la base del alto horno y sobre él queda una capa de escoria que
impide que el hierro reaccione con el oxígeno que entra.
La mayor parte del hierro que se obtiene se ocupa en la preparación del acero.
4. La piedra caliza por efecto de la temperatura se descompone en óxido de calcio y anhídrido
carbónico, tal como lo expresa la ecuación:
CaCO3  CaO + CO2
El óxido de calcio reacciona con el óxido de silicio, que generalmente se encuentra presente en los
minerales de hierro, y se forman silicatos de calcio:
SiO2 + CaO  CaSiO3
El silicato de calcio es fundido debido a las altas temperaturas del horno y, dado que es menos
denso que el hierro, flota sobre él. Otros óxidos no metálicos se mezclan con el silicato de calcio y
forman la escoria, la que puede ser removida fácilmente.
Hidrometalurgia
La hidrometalurgia consiste en procesos en solución acuosa mediante los cuales se extrae el metal
de una mena.
El proceso hidrometalúrgico más importante es la lixiviación, en el cual el mineral que contiene el
metal que se desea extraer se disuelve de un modo selectivo. Si el compuesto es soluble en agua,
entonces el agua resulta ser un buen agente para la lixiviación, pero en general, para la lixiviación
se ocupa una solución acuosa de un ácido, una base, o una sal.
En la obtención de cobre de la calcopirita, este mineral se trata con una solución acuosa de
cloruro cúprico. En la reacción todo el cobre precipita como cloruro cuproso, el cual se separa
fácilmente del azufre y del hierro que queda como cloruro ferroso, tal como lo señala la reacción:
CuFeS2(s)+ 3 CuCl2(ac)  4 CuCl(s)+ FeCl2(ac)+ 2 S(s)
Al cloruro cuproso se le agrega una solución acuosa de cloruro de sodio, lo que provoca la
disolución del precipitado y la formación del complejo ión dicloro cobre (I), CuCl 21- , que queda en
solución acuosa.
CuCl(s) + Cl1-(ac)  CuCl21-(ac)
Los compuestos de cobre(I) son inestables. El Cu1+ dismuta a cobre metálico y a Cu2+ en forma de
CuCl2, sustancia que se ocupa nuevamente para el tratamiento del mineral.
2 CuCl21-(ac)  Cu(s) + CuCl2(ac) + 2 Cl-
(ac)
Electrorrefinación del cobre
El cobre se purifica por electrólisis, proceso que consiste en lo siguiente:
Grandes planchas de cobre sirven de ánodos de la celda, mientras los cátodos son láminas
delgadas de cobre. Ambos electrodos se encuentran en una solución acuosa de sulfato cúprico. Al
aplicar una diferencia de potencial apropiada, provoca la oxidación del cobre metálico a Cu 2+ en el
ánodo y la reducción del Cu2+ a Cu metálico en el cátodo.
El proceso ocurre gracias a que es más fácil que ocurra la reducción del Cu 2+ que la del agua.