Criolita: Fluoroaluminato de Sodio
El fluoroaluminato de sodio (Na3AlF6), comúnmente conocido como criolita, se puede obtener a través de las siguientes reacciones:
- Al(OH)3 + 3Na2CO3 + 12HF → 2Na3AlF6 + 9H2O + 3CO2
- Al(OH)3 + 3NaCl + 6HF → 2Na3AlF6 + 3H2O + 3HCl
Electrólisis de Alúmina
En la electrólisis de la alúmina se utiliza una mezcla de alúmina y criolita. La superficie interna del horno de electrólisis se cubre con carbono, que actúa como cátodo. Los iones de aluminio se reducen a metal libre en el cátodo. El ánodo, hecho de grafito, se oxida a CO2 y debe reemplazarse periódicamente.
Ecuaciones de las Reacciones en la Celda Electrolítica de Aluminio
- Cátodo: 4Al3+ + 12e– → 4Al0
- Ánodo: 3C + 6O2- → 3CO2 + 12e–
Reducción del Óxido de Zinc
El mineral de zinc se tritura y se mezcla con coque y brea. Luego, se prensa en briquetas que se sinterizan a una temperatura inferior a 900 °C. Las briquetas se colocan en un horno de mufla y se calientan a 1200 °C, donde el zinc se reduce según la siguiente reacción:
ZnO + C → Zn + CO
Pirometalurgia del Zinc
En la pirometalurgia, los minerales de zinc se transforman en óxido de zinc mediante tostación y calcinación. El ZnO se tritura y se mezcla con coque y brea. La reducción se lleva a cabo en un horno de mufla, donde el zinc se vaporiza. Luego, el vapor de zinc se condensa en recipientes refrigerados por aire. Para eliminar las impurezas, el zinc se calienta por encima de su punto de fusión durante un tiempo prolongado, lo que permite eliminar el plomo por destilación.
Hidrometalurgia del Zinc
En la hidrometalurgia, el ZnO se disuelve en ácido sulfúrico. El arsénico y el antimonio se eliminan por reducción con sulfato de hierro. Luego, se añade polvo de zinc para separar el cobre, el cobalto y el níquel. La disolución resultante, que contiene sulfato de zinc (ZnSO4), se somete a electrólisis.
Eliminación del Hierro en la Hidrometalurgia del Zinc
El hierro se oxida a su forma trivalente mediante la adición de MnO2:
MnO2 + 2H2SO4 + 2FeSO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2H2O
Luego, se añade óxido de zinc a la disolución para precipitar el hierro y el manganeso:
Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 4ZnO + 4H2O → 2Fe(OH)3 + Mn(OH)2 + 4ZnSO4
Refinación Electrolítica del Zinc
En la refinación electrolítica del zinc, se utiliza una placa delgada de aluminio como cátodo y una placa de plomo como ánodo. Al pasar una corriente eléctrica, se obtiene zinc con una pureza del 99.995%, que se separa del cátodo y se funde.
Metalurgia del Cobre: Etapas Principales
El proceso metalúrgico del cobre involucra varias etapas:
- Horno Cuba: Se procesa el mineral.
- Convertidor: Se obtiene la mata bruta.
- Evaporador: Se procesa el cobre negro.
- Horno de fundición: Se obtiene el cobre bruto.
- Electrólisis: Se refina el cobre.
Tostación de Minerales de Cobre
El mineral de cobre se mezcla con carbón y se introduce en un horno de tostación reductora. Se obtiene mata bruta de cobre y escoria. La mata fundida se lleva a un convertidor donde el sulfuro de hierro se oxida a silicato de hierro, que se separa de la mata. El sulfuro de cobre se oxida y se reduce a cobre metálico. El cobre negro se separa de la escoria. Finalmente, mediante fuego, aire y vapor de agua, se oxidan y volatilizan las impurezas, obteniendo cobre blíster.
Reducción del Óxido de Cobre a Cobre
El sulfuro de cobre se oxida a Cu2O por acción del aire. Simultáneamente, el Cu2O se reduce por el sulfuro presente:
2Cu2O + CuS → 6Cu + SO2
Metalurgia del Estaño: Esquema General
El proceso metalúrgico del estaño comprende las siguientes etapas:
- Concentrado del mineral.
- Mezcla con formadores de escoria y carbón.
- Fusión reductora a 1000 °C en horno de llama.
- Recuperación del estaño de la escoria y polvos volátiles.
- Purificación del estaño bruto por calentamiento. El estaño enfriado se muele y se vuelve a reducir.
- Refinación del estaño, que se cuela en lingotes.
Reacción de Obtención del Estaño por Reducción de SnO2
SnO2 + 2C → Sn + 2CO
Refinación del Estaño en Bruto
El estaño en bruto se calienta por encima de su punto de fusión para separar el hierro. Luego, se agita con ramas verdes de abedul, se retira la espuma y se cuela en lingotes.
Fórmulas de Compuestos de Estaño Utilizados como Mordientes en Tintorería
- (NH4)2SnCl6 (sal de Pink)
- Na2Sn(OH)6 (sal de preparación)
Transformación de Carbonato de Magnesio a Cloruro de Magnesio
MgCO3 + C + Cl2 → MgCl2 + CO2 + CO
Electrólisis del Cloruro de Magnesio para Obtener Magnesio Puro
El cloruro de magnesio fundido fluye a través de una celda electrolítica. Los ánodos son de grafito y los cátodos son enrejados de acero. Al MgCl2 se le añaden cloruros alcalinos y alcalinotérreos para disminuir su punto de fusión. La temperatura del baño se mantiene entre 675 °C y 725 °C. El magnesio electrolítico obtenido tiene una pureza del 99.5%.
Metalurgia del Magnesio: Diagrama
(Cl2) Dolomita + Coque (MgCO3 + Cl2 + C → MgCl2 + CO2 + CO), (MgCl2 fundido) Cuba electrolítica (Cl2) (Magnesio metálico)
Reacciones para la Obtención de Plomo a partir de PbS
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2
PbO + C → Pb + CO
Eliminación de Impurezas en el Plomo
- Eliminación de cobre: El plomo se calienta a 350-400 °C. Debido a la diferencia de densidad, se separan el cobre, el níquel, los sulfuros y los arseniuros ligeros.
- Eliminación de arsénico, antimonio y estaño: El plomo se calienta a 800 °C y se burbujea aire en el metal fundido. Las impurezas metálicas se oxidan y se retiran de la superficie del baño.
Purificación Electrolítica del Plomo
Se utilizan ánodos de plomo impuro y cátodos de láminas de plomo electrolítico. El electrolito es una disolución de PbSiF6 (hexafluorosilicato de plomo) y H2SiF6 (ácido hexafluorosilícico). El plomo electrolítico obtenido tiene una pureza del 99.95% al 99.995%.
Metalurgia del Plomo: Diagrama
(Mineral) Flotación, (Concentrado) Horno de tostación (SO2), Reducción con coque (CO, Escoria), (Plomo de obra) (Vapor de agua, aire) Purificación (Impurezas), (Ag y Zn) (Vapor sobrecalentado y zinc) Refinación, (Plomo refinado) Celda electrolítica (Plomo electrolítico)