1. Metalurgia Extractiva

La metalurgia extractiva es la rama de la metalurgia que estudia los procedimientos fisicoquímicos y termodinámicos necesarios, así como las tecnologías disponibles, para tratar una mena, un mineral o un residuo rico en un determinado metal o alguno de sus compuestos con un determinado grado de pureza.

Clasificación:

• En función de la materia prima:
  • Primaria
  • Secundaria
• Según la naturaleza del metal producido:
  • Férrea
  • No férrea
• Según la tecnología:
  • Piro metalurgia
  • Hidro metalurgia

Situación actual:

• Extraer metales de situaciones complejas.
• Mayores exigencias medioambientales.
• Extraer metales nuevos.

2. Diagramas de Pourbaix

Los diagramas de Pourbaix son un conjunto de rectas correspondientes a los equilibrios que pueden darse entre las diversas especies iónicas en solución, o entre ésta y las fases no solubles del mismo sistema. Se emplean para estudiar las áreas de estabilidad de los componentes de la solución.

3. Cianuro en la Extracción de Oro

La cianuración del oro es una técnica metalúrgica para la extracción del oro de mineral de baja calidad, que busca convertir el oro (insoluble en agua) en aniones metálicos complejos de aurocianida, solubles en agua mediante lixiviación. Es el proceso más común para la extracción de oro.

4. Acondicionamiento Químico en Medio Acuoso

El acondicionamiento químico en medio acuoso se trata de ajustar el pH y el pO2. El pH se ajusta tanto con ácidos como con bases, mientras que el pO2 se ajusta aportando O2(g) en solución hasta su saturación. El ácido sulfúrico (H2SO4) es el agente lixiviante más utilizado en hidrometalurgia.

• H2SO4 diluido: Se usa para lixiviar minerales óxido de cobre, óxido de zinc, roca de fosfato y una variedad de otros minerales.
• H2SO4 combinado con agentes oxidantes: Utilizado para lixiviar minerales de uranio y sulfuros.
• H2SO4 concentrado: Se usa para tratar minerales más resistentes como concentrados de sulfuro, lateritas, monacita y escoria de titanio.

5. Separación Después de la Lixiviación

La separación se realiza entre las partículas y el medio lixiviante (metal en solución). Se lleva a cabo en decantadores y es frecuente añadir floculantes que aumentan el tamaño de las partículas favoreciendo su sedimentación.

6. Lixiviación Según la Composición y Ley del Mineral de Cobre

A medida que aumenta la ley del mineral, se aplican métodos de lixiviación más complejos. Para minerales de menos ley, se empleará lixiviación en pilas (hasta 90%), seguida de lixiviación en tanques (>90%) y, por último, digestión (96%) para minerales de muy alta ley.

7. Carbón Activo y su Aplicación

El carbón activo es un material carbonoso poroso, un carbonizado que ha sido sometido a reacción con gases, a veces con la adición de productos químicos (ZnCl2) antes, durante o después del proceso de carbonización con el objeto de aumentar su porosidad.

Propiedades:

• Adsorción.
• Elevada capacidad de adsorción de diversas sustancias.
• Propiedad de ser regenerado para su reutilización.

En hidrometalurgia, la adsorción con carbones activos se utiliza principalmente para adsorber metales e iones complejos disueltos en licores de lixiviación, así como en corrientes de reciclo y contaminantes de efluentes líquidos antes de su vertido.

8. Electrólisis

La electrólisis es la obtención de cátodos de cobre de alta pureza a partir de una solución cargada de Cu+2. La reacción catódica produce la deposición electroquímica del cobre sobre la superficie catódica. La reacción anódica produce electrólisis del agua con la generación de protones y oxígeno gaseoso.

• Reacción catódica: Cu²⁺ + 2e^– → Cu
• Reacción anódica: H2O ⇌ 2H⁺ + 1/2 O2 + 2e^–

Preguntas y Respuestas sobre Pirometalurgia

1. ¿Por qué es necesaria una etapa previa de secado del mineral en los procesos pirometalúrgicos?

Su contenido es variable, lo que dificulta el control de las dosificaciones y la regularidad de marcha de las operaciones de alta temperatura. Debido a la elevada capacidad calorífica y entalpía de vaporización del agua, si no se elimina previamente, consume gran cantidad de calor de alta temperatura, gasifica el carbón y, en las operaciones de tratamiento sulfuro-cloruro, origina condensaciones ácidas en los conductos de humos que dan lugar a fuertes corrosiones.

2. ¿Qué tipo de operación pirometalúrgica elegirías?

• A) Eliminar parte del oxígeno de un mineral sin fundir la carga: Afino térmico.
• B) Transformar SiO2 en Si(l): Afino térmico.
• C) Transformar arrabio en acero: Conversión (extracción por fusión).
• D) Transformar MgO(s) en MgCl2 (s): Electrólisis ígnea.

3. Proceso de obtención de cobre vía pirometalúrgica

• A) Indica cómo se realiza la fusión a mata del concentrado de cobre. ¿Qué reacciones hay y qué productos se obtienen?

  Se pone en contacto con el quemador de concentrados una corriente de concentrado de cobre seco con una corriente de aire enriquecido con oxígeno. La mezcla provoca su fusión instantánea (1350ºC).

  Reacciones: FeS + Cu2O = Cu2S + FeO // Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2

• B) Indica cómo se realiza la conversión de la mata blanca de cobre a cobre.

  En el primer escalón de la conversión, a las temperaturas y en las condiciones oxidantes de la operación, el Cu permanece como Cu2S y el Fe pasa a FeO y en parte a magnetita Fe3O4, que espesa la escoria, por lo que debe reconducirse al sedimentador. La descomposición a metal de la mata blanca de Cu2S se explica por el incremento de temperatura que experimenta ésta al oxidarse y el consiguiente desplazamiento del área de estabilidad del metal en el diagrama K-I, que hace que se descomponga el óxido dando una reducción aparente del sulfuro por el oxígeno.

  Reacciones: Cu2S + 2O2 = 2Cu0 + SO2 // 4CuO = 4Cu + 2O2 // Cu2S + 2Cu0 = 4Cu + SO2

4. Escoria en Procesos Pirometalúrgicos

Escoria: Es una mezcla de óxidos metálicos fundidos (SiO2, CaO, FeO) con pequeñas cantidades de sulfuros, boratos o nitruros. Sus funciones son colectar las gangas, facilitar el contacto y reducción por el carbono de los óxidos y eliminar impurezas del metal.

Propiedades: Fusibilidad, fluidez, ligereza y actividad química.

5. Polvos de Acería y su Transformación en Zinc

Los polvos de acería son las partículas sólidas recogidas en las instalaciones de filtración de los humos que se producen durante las operaciones de fusión de chatarra en el proceso de obtención de acero. Se añade agua a los polvos y se convierten en pellets, para aumentar su capacidad de reacción y garantizar una alimentación homogénea. Después se llevan al horno rotatorio. El Zn se evapora y reacciona con la atmósfera del horno formando óxido de Zn que se recupera como concentrado de Zn.

6. Reacciones de Reducción Directa e Indirecta del Mineral de Hierro en el Horno Alto

• Directa: FeO + CO = Fe + CO2 // CO2 + C = 2CO
• Indirecta: FeO + CO = Fe + CO2

Se producen en la zona superior del horno.

7. Coque en el Horno Alto

El coque es el producto sólido que se obtiene por tratamiento térmico a temperaturas elevadas en atmósfera inerte de determinados carbones minerales, como las hullas. Se diferencia de la carbonización en que durante el proceso de calentamiento se pasa por un estado fluido transitorio durante un intervalo de temperaturas. Pasado ese intervalo se forma el semicoque. Al seguir aumentando la temperatura sigue el desprendimiento de gases hasta formar el coque.

Funciones: Sirve como combustible, reduce los óxidos de hierro y soporta la carga, siendo responsable de su permeabilidad.

8. Electrólisis Ígnea y su Aplicación para Obtener Aluminio

La electrólisis ígnea es un proceso de transformación electrolítica que se basa en la utilización de energía eléctrica para producir una transformación química dentro del sistema metalúrgico. Se puede producir por:

• Descomposición química.
• Disolución/ionización en baños fundidos de sales (electrolito).

El electrolito es el elemento principal de esta tecnología y está formado por una mezcla de sales fundidas (fluoruros de metales alcalinos y del catión metálico objeto de extracción).

9. Electrodos en la Obtención del Acero en el Horno de Arco Eléctrico

Se utilizan electrodos de grafito y deben cumplir con las siguientes características:

• Elevada conductividad eléctrica.
• Elevada conductividad térmica para minimizar las diferencias de temperatura en el interior del electrodo.
• Alta resistencia al choque térmico.
• Resistencia mecánica a altas temperaturas.
• Inerte químicamente.

10. Siderurgia Secundaria y sus Objetivos

La siderurgia secundaria es el conjunto de operaciones que tienen por objetivo transformar el acero líquido del convertidor o del horno eléctrico en acero con unas determinadas especificaciones comerciales.

Objetivos:

• Ajustar la concentración de elementos de aleación.
• Regular la temperatura de colada.
• Ajustar las especificaciones de las impurezas no metálicas disueltas en el hierro líquido a las de las propias de la calidad del acero que se quiere obtener.