El metal se puede encontrar en el mineral en forma de combinación con otros elementos. Como resultado, una vez que el mineral ha sido extraído del suelo, debe convertirse en metal puro. La extracción de metales es el proceso de extraer metal de su mineral. Se utilizan varios pasos para transformar los minerales en metales libres, según el tipo de mineral, la naturaleza de las impurezas presentes y la reactividad del metal a extraer. La extracción de metales moderadamente reactivos y metales menos reactivos se analiza más adelante.
Extracción de metales moderadamente reactivos
En el medio de la serie reactiva se encuentran los metales moderadamente reactivos como el zinc, el hierro, el estaño y el plomo, entre otros. Como resultado, la extracción de metales moderadamente reactivos implica la extracción de metales en el medio de la serie de reactividad. La mitad de los metales de la serie de reactividad se extrae reduciendo sus rusts con carbono, aluminio, sodio o calcio.
Algunos metales moderadamente reactivos se encuentran como rusts en la naturaleza, mientras que otros se encuentran como carbonatos o minerales sulfurados. Ahora es más fácil obtener metales por reducción a partir de sus rusts que a partir de carbonatos y sulfuros. Como resultado, el mineral primero debe convertirse en un rust de metal, que luego puede reducirse. Se puede utilizar la calcinación o el tostado para transformar los minerales concentrados en rust metálico. El proceso a utilizar está determinado por la naturaleza del mineral. La calcinación convierte un mineral de carbonato en rust, mientras que el tostado convierte un mineral de sulfuro en rust.
- Calcinación : la calcinación es el proceso de convertir un mineral de carbonato en rust de metal calentándolo rápidamente en ausencia de aire. El zinc, por ejemplo, se encuentra en el mineral de calamina como carbonato de zinc (ZnCO 3 ). Para extraer metal de zinc a partir de carbonato de zinc, primero se debe transformar este último en rust de zinc. La calcinación se utiliza para lograr esto. El mineral de calamina o el carbonato de zinc se descompone en rust de zinc y dirust de carbono cuando se calienta fuertemente en ausencia de aire. Como resultado de la calcinación, el carbonato de zinc se convierte en rust de zinc.
ZnCO 3 → ZnO + CO 2
(Carbonato de zinc) (Rust de zinc) (Dirust de carbono)
- Tostación : la tostación es el proceso de convertir un mineral de sulfuro en rust de metal calentándolo rápidamente en presencia de aire. El mineral de blenda de zinc, por ejemplo, contiene zinc como sulfuro, ZnS. Por lo tanto, antes de extraer el zinc metálico del sulfuro de zinc, primero se debe convertir el sulfuro de zinc en rust de zinc. El tostado se utiliza para lograr esto. El rust de zinc y el dirust de azufre se forman cuando el mineral de blenda de zinc o el sulfuro de zinc se calientan vigorosamente al aire o se tuestan. Como resultado, el tostado convierte el sulfuro de zinc en rust de zinc.
2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2
(Sulfuro de zinc) (Oxígeno) (Rust de zinc) (Dirust de azufre)
Reducción de Rusts Metálicos
Usando agentes reductores como carbono, aluminio, sodio o calcio, los rusts metálicos formados por calcinación y tostado de minerales se convierten en metal libre. La reactividad química del metal a extraer determina el agente reductor utilizado.
- Reducción de rust de metal con carbono: el carbono se usa comúnmente para reducir los rusts de metales comparativamente menos reactivos, como zinc, hierro, níquel, estaño, plomo y cobre. El rust de metal se combina con carbono, en forma de coque, y se calienta en un horno en el proceso de reducción de carbono. El rust de metal se reduce a metal libre por medio del carbono.
Por ejemplo, el zinc se recupera de su rust reduciéndolo con carbón o coque. Cuando el rust de zinc se calienta con carbón, se produce zinc metálico.
ZnO + C → Zn + CO
(Rust de zinc) (Carbono) (Zinc) (Monrust de carbono)
El hierro metálico también se recupera de su mineral de rust, ‘hematita’ (Fe 2 O 3 ), mediante reducción de carbono en forma de coque. La reducción de rusts con carbono también se utiliza para recuperar metales de estaño y plomo. El cobre, que es un metal menos reactivo, se extrae reduciendo su rust con carbono.
- Reducción de rust de metal con aluminio : en la extracción de metales de sus rusts, se puede utilizar un metal más reactivo como el aluminio como agente reductor. Cuando el rust metálico es de un metal más reactivo que el zinc, por ejemplo, y no puede reducirse de manera efectiva con carbono, se utiliza aluminio como agente reductor. Esto se debe al hecho de que un metal más reactivo, como el aluminio, puede desplazar a un metal menos reactivo de sus rusts metálicos, lo que da como resultado metal libre. Como resultado, pueden emplearse reacciones de desplazamiento para convertir algunos rusts metálicos en metales libres. El polvo de aluminio se oxida a rust de aluminio después de reducir el rust metálico a metal.
Por ejemplo, el manganeso se elimina de su rust reduciéndolo con polvo de aluminio como agente reductor. El manganeso metálico se genera cuando el dirust de manganeso se calienta con polvo de aluminio.
3MnO 2 + 4Al → 3Mn + 2Al 2 O 3 + Calor
(Dirust de manganeso) (Polvo de aluminio) (Manganeso metálico) (Rust de aluminio)
Esta reacción de oxidación y reducción entre MnO 2 y Al es una reacción de desplazamiento.
Extracción de Metales Menos Reactivos
El mercurio, el cobre y otros metales menos reactivos se ubican cerca de la parte inferior de la serie de reactividad. Como resultado, la extracción de metales menos reactivos implica la extracción de metales con baja reactividad. Los metales menos reactivos, que están cerca de la parte inferior de la escala de reactividad, se eliminan únicamente mediante la reducción de sus rusts con calor. El mercurio y el cobre, por ejemplo, son metales menos reactivos que se encuentran cerca de la parte inferior de la serie de reactividad. Como resultado, veremos cómo extraer mercurio y cobre reduciendo sus rusts solo con calor.
Extracción de mercurio: el mercurio es un metal relativamente menos reactivo con un bajo nivel de reactividad. El mercurio se puede extraer de su mineral de sulfuro simplemente calentándolo en el aire. Esto ocurre de la siguiente manera. El mineral de sulfuro cinabrio, HgS, que en realidad es sulfuro de mercurio (II), se usa para fabricar mercurio metálico. Los siguientes son los dos pasos involucrados en la extracción de mercurio del cinabrio.
- Cuando se forma el rust de mercurio (II), el mineral de sulfuro de mercurio (II) concentrado (mineral de cinabrio) se tuesta al aire.
2HgS + 3O 2 → 2HgO + 2SO 2
(Sulfuro de mercurio (II)) (Oxígeno) (Rust de mercurio (II)) (Dirust de azufre)
- Cuando el rust de mercurio (II) se calienta a unos 300 0 C, se descompone o se reduce para generar mercurio metálico.
2HgO → 2Hg + O 2
(Rust de mercurio (II)) (Mercurio metálico) (Oxígeno)
Como resultado, el mercurio metálico se produjo reduciendo el rust de mercurio (II) solo con calor.
Extracción de cobre : el cobre es un metal menos reactivo que se ubica cerca del final de la escala de reactividad. El cobre se puede extraer de su mineral de sulfuro simplemente calentándolo en el aire. Esto ocurre de la siguiente manera. Una mirada de cobre, CuS, es en realidad sulfuro de cobre (I), y es uno de los minerales a partir de los cuales se produce el cobre metálico. Los siguientes dos pasos están involucrados en la extracción de cobre del mineral de cobre.
- Cuando una parte del sulfuro de cobre (I) se oxida a rust de cobre (I), el mineral de sulfuro de cobre (I) concentrado, también conocido como cobre, se tuesta al aire.
2Cu 2 S + 3O 2 → 2Cu 2 O + 2SO 2
(Sulfuro de cobre (I)) (Oxígeno) (Rust de cobre (I)) (Dirust de azufre)
- El suministro de aire para tostar se cierra una vez que una cantidad significativa de sulfuro de cobre (I) se ha convertido en rust de cobre (I). El rust de cobre (I) generado anteriormente interactúa con el sulfuro de cobre (I) residual para formar cobre metálico y dirust de azufre en ausencia de aire.
2Cu 2 O + Cu 2 S → 6Cu + SO 2
(Rust de cobre (I)) (Sulfuro de cobre (I)) (Cobre metálico) (Dirust de azufre)
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: Nombre dos agentes reductores que se utilizan en la extracción de metales.
Responder:
El carbono, que viene en forma de coque, y el polvo de aluminio son los dos agentes reductores utilizados en la extracción de metales.
Pregunta 2: ¿Qué es una reacción de termita y cómo funciona?
Responder:
Una reacción de termita es la reducción de un rust metálico a metal utilizando polvo de aluminio como agente reductor.
Pregunta 3: ¿Cuándo se llama mena a un mineral?
Responder:
Un mineral se llama mena si el mineral se puede extraer de él de manera rentable.
Pregunta 4: Nombre un rust de metal que se pueda extraer de su mineral por reducción con carbono.
Responder:
El zinc se puede extraer de sus rusts por reducción con carbono.
Pregunta 5: ¿Cómo se extrae el hierro de su mineral hematites?
Responder:
El hierro metálico se recupera de su mineral de rust, ‘hematita’ (Fe 2 O 3 ), mediante reducción de carbono en forma de coque.
Pregunta 6: ¿Cómo se puede extraer el mercurio de su mineral sulfurado?
Responder:
El mercurio se puede extraer de su mineral de sulfuro simplemente calentándolo en el aire.