Métodos de refinación de metales

Los minerales y menas abundan en la corteza terrestre. Algunos minerales han demostrado ser un recurso valioso para la humanidad. El hierro, por ejemplo, derivado del mineral de hierro (hematita), sentó las bases para la revolución industrial. El aluminio, por otro lado, fue un recurso estratégico crítico para la aviación durante la Primera y Segunda Guerra Mundial. A pesar de esto, el aluminio metálico continúa dominando el mercado debido a sus características únicas y su extracción rápida y rentable. Los metales representan el 70% de todos los elementos naturales.

Los metales se pueden encontrar en la naturaleza tanto en forma libre como combinada. En general, los metales reactivos existen en estados mixtos como rusts, sulfuros, carbonatos, etc. Los metales en el centro de la serie de reactividad, como zinc, hierro, plomo, etc., son moderadamente reactivos y se pueden encontrar en la corteza terrestre como rusts, sulfuros, carbonatos, etc. Algunos de estos complejos metálicos se pueden eliminar de forma económica para producir metal puro. Desde la antigüedad, las técnicas metalúrgicas se han empleado en la India. Los primeros rastros de metalurgia en la India se descubrieron en Mehrgarh, Baluchistán, alrededor del año 6000 a. Oro, cobre, plata, plomo, estaño, hierro y mercurio son los siete metales de la antigüedad.  

¿Qué son los minerales y los minerales?

Los minerales son sólidos inorgánicos homogéneos de origen natural con una composición química distinta y una estructura cristalina, color y dureza. 

Los minerales incluyen pirita de cobre, calamina y otros. Un mineral es un mineral del que se puede extraer una cantidad máxima de metal a bajo costo.

Extracción de metales de minerales  

• El proceso de obtención de metales puros a partir de sus minerales se conoce como metalurgia. Los metales se extraen de sus minerales utilizando métodos basados ​​en su reactividad.
• La electrólisis se utiliza para extraer metales altamente reactivos de sus minerales, mientras que las técnicas de calcinación, tostado y reducción se utilizan para eliminar metales de reactividad media.
• Mientras que el tostado y el refinado se utilizan para recuperar metales con baja reactividad de sus minerales. Aunque la mayoría de los metales de baja reactividad, como el oro, se encuentran en estado libre o en combinación con plata y mercurio (como amalgama).
• La concentración de minerales se realiza antes de utilizar todos estos métodos de extracción de metales en función de su reactividad. Los minerales se encuentran en la naturaleza con una variedad de impurezas, incluidas partículas de roca, arena y otras impurezas.
• Estas impurezas en un mineral se denominan impurezas de array o de calibre. El mineral de concentración se refiere a la eliminación de una array o calibre del mineral.

Refinación  

Algunas impurezas persisten en un metal recuperado por cualquier proceso, como calcinación/tostación o electrólisis. Dependiendo de las diferencias en las características de los metales y las impurezas, se utilizan muchos procesos diferentes para lograr un metal muy puro. Según el metal y la impureza presente, se aplican procedimientos muy distintos. 

• Destilación

Este proceso se utiliza para purificar metales que tienen un punto de ebullición bajo, como el mercurio y el zinc. El metal impuro se calienta por encima de su punto de ebullición en este procedimiento, lo que le permite generar vapores. Como las impurezas no se evaporan, se separan. Las impurezas quedan atrás a medida que se condensan los vapores de metal puro.

• licuación

En este procedimiento se tienen en cuenta los puntos de fusión de los metales. Los metales con puntos de fusión bajos se purifican mediante este proceso. Las impurezas tienen un punto de fusión mayor que el metal. Al entregar calor a una temperatura justo por encima de su punto de fusión, los metales se transforman en líquidos. Las impurezas quedan atrás a medida que el metal puro se derrite y desciende del horno.

• Refinación de Zona y Refinación Electrolítica

El refinado electrolítico y el refinado por zonas son dos tecnologías de refinado más comunes. El metal impuro se emplea como áNode en el refinado electrolítico, mientras que el metal puro se utiliza como cátodo. Durante la electrólisis, el metal puro se mueve del áNode al cátodo, mientras que las impurezas se acumulan como lodo del áNode.

La refinación por zonas funciona bajo la premisa de que las impurezas son más solubles en el metal fundido que en el metal sólido. En esta tecnología, los calentadores de bobinas de inducción móviles se construyen para moverse sobre varillas de metal impuro. En la varilla que se mueve con el calentador se forma una zona fundida. El metal puro cristaliza y se va a medida que avanza el calentador, mientras que las impurezas viajan junto con la zona fundida debido a su naturaleza más soluble en estado fundido.

• Principio de Zona de Refinación

La premisa del refinado por zonas es que los contaminantes en un lingote de metal o en un mineral son más solubles en la etapa de fusión que en el estado sólido correspondiente.

Las impurezas se concentran en un extremo del bloque de metal durante el proceso de refinación de la zona, lo que permite limpiar el resto del bloque. Vale la pena señalar que el coeficiente de segregación (definido como la relación entre la impureza en estado sólido y la impureza en estado líquido o fundido) suele ser inferior a uno.

Esto significa que cuando las circunstancias se establecen en el límite sólido-líquido, los átomos de impurezas tienden a difundirse en la zona líquida.

• cromatografía

Además de estos procedimientos, la cromatografía se utiliza en la purificación de elementos cuando existe una variación muy pequeña en las características químicas de los contaminantes y los metales. El principio de la cromatografía se basa en la observación de que los diferentes componentes de una mezcla tienen afinidades variadas por la fase estacionaria. 

Al distribuir los componentes a lo largo de las fases estacionaria y móvil, los componentes se separan físicamente. Las fuerzas débiles y las fuerzas no iónicas, como los enlaces de hidrógeno o las fuerzas de Van der Waals, se utilizan para adsorber componentes en la fase estacionaria. Los constituyentes de una mezcla viajan a diferentes velocidades y se separan. 

La separación se logra mediante la partición diferencial de las fases móvil y estacionaria. Los diferentes coeficientes de reparto de los componentes provocan una retención diferencial en la fase estacionaria, lo que da como resultado su separación en la fase estacionaria.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuál es el principio del refinado de metales en fase de vapor?

Responder: 

El refinamiento de la fase de vapor de metal es uno de los procesos de refinación. En el proceso de refinación, el metal impuro se transforma en su componente volátil. Esta sustancia es recolectada y degradada. El complejo se descompone calentándolo a alta temperatura para extraer el metal puro.

Pregunta 2: ¿Cuál es el significado de zona de refinación de metales?

Responder: 

El refinado de zona metálica es un método de refinado en el que se monta un calentador móvil circular en un extremo de una barra de metal impuro. Cuando el calentador se mueve, la zona fundida de la barra también se mueve. Este movimiento provoca la creación de cristales de metal puro a partir de impurezas, que luego se transmiten al lado opuesto de la zona fundida. Las impurezas se acumulan en un extremo de la varilla como resultado de repetir el proceso varias veces. El extremo en el que se recogen los contaminantes se corta posteriormente. El concepto detrás de este enfoque es que las impurezas metálicas son más solubles en estado fundido que en forma sólida.

Pregunta 3: ¿Qué es el beneficio?

Responder:

El proceso de eliminar componentes indeseables (como arena, arcillas y otros minerales) del mineral se conoce como beneficio. 

Pregunta 4: ¿Qué son los minerales?

Responder:

Para obtener un determinado metal, primero debemos buscar minerales, que son componentes químicos que se encuentran naturalmente en la corteza terrestre y se obtienen a través de la minería. Solo unos pocos minerales que contienen un metal son aceptables para su uso como fuente de ese metal. Estos minerales se conocen como menas.

Pregunta 5: ¿Qué es la separación magnética?

Responder:

Las propiedades magnéticas del mineral o de la ganga se utilizan para separar el mineral y la ganga. El mineral se muele finamente antes de ser entregado en una cinta transportadora que pasa por un rodillo magnético. El mineral magnético permanece en el cinturón, mientras que la ganga se desvanece.

Pregunta 6: ¿Qué es la lixiviación?

Responder:

Es un proceso químico que consiste en tratar el mineral con el reactivo adecuado para hacerlo soluble. Es factible separar la mena o mineral soluble de la ganga insoluble. Una vez que se ha separado el mineral, se pueden utilizar varias técnicas químicas para recuperarlo.