La metalurgia extractiva es una rama de la ingeniería metalúrgica en la que se estudian los procesos y métodos de extracción de metales de sus depósitos minerales naturales . El campo es una ciencia de materiales , que cubre todos los aspectos de los tipos de mineral, lavado, concentración, separación, procesos químicos y extracción de metal puro y su aleación para adaptarse a diversas aplicaciones, a veces para uso directo como producto terminado, pero más a menudo en una forma que requiere más trabajo para lograr las propiedades dadas para adaptarse a las aplicaciones. [1]
El campo de la metalurgia extractiva ferrosa y no ferrosa tiene especialidades que se agrupan genéricamente en las categorías de procesamiento de minerales , hidrometalurgia , pirometalurgia y electrometalurgia con base en el proceso adoptado para extraer el metal. Se utilizan varios procesos para la extracción del mismo metal según la ocurrencia y los requisitos químicos.
Procesamiento de minerales
El procesamiento del mineral comienza con el beneficio, que consiste en descomponer inicialmente el mineral a los tamaños requeridos según el proceso de concentración a seguir, mediante trituración, molienda, tamizado, etc. Posteriormente, el mineral se separa físicamente de cualquier impureza no deseada, dependiendo de la forma de ocurrencia y / o proceso adicional involucrado. Los procesos de separación aprovechan las propiedades físicas de los materiales. Estas propiedades físicas pueden incluir densidad, tamaño y forma de las partículas, propiedades eléctricas y magnéticas y propiedades de la superficie. Los principales métodos físicos y químicos incluyen la separación magnética, la flotación por espuma , la lixiviación, etc., mediante los cuales las impurezas y los materiales no deseados se eliminan del mineral y el mineral base del metal se concentra, lo que significa que aumenta el porcentaje de metal en el mineral. A continuación, este concentrado se procesa para eliminar la humedad o se utiliza tal cual para la extracción del metal o se transforma en formas que pueden someterse a un procesamiento posterior, con facilidad de manejo.
Los cuerpos de mineral a menudo contienen más de un metal valioso. Los relaves de un proceso anterior se pueden utilizar como alimento en otro proceso para extraer un producto secundario del mineral original. Además, un concentrado puede contener más de un metal valioso. Ese concentrado luego se procesaría para separar los metales valiosos en constituyentes individuales.
Hidrometalurgia
La hidrometalurgia se ocupa de los procesos que involucran soluciones acuosas para extraer metales de los minerales. El primer paso en el proceso hidrometalúrgico es la lixiviación , que implica la disolución de los metales valiosos en la solución acuosa o un disolvente adecuado. Después de que la solución se separa de los sólidos del mineral, el extracto a menudo se somete a varios procesos de purificación y concentración antes de que el metal valioso se recupere en su estado metálico o como un compuesto químico. Esto puede incluir precipitación , destilación , adsorción y extracción con solvente . El paso de recuperación final puede implicar precipitación, cementación o un proceso electrometalúrgico. A veces, los procesos hidrometalúrgicos pueden llevarse a cabo directamente sobre el material mineral sin ningún paso previo al tratamiento. Más a menudo, el mineral debe ser tratado previamente mediante varios pasos de procesamiento de minerales y, a veces, mediante procesos pirometalúrgicos. [2]
Pirometalurgia
La pirometalurgia implica procesos de alta temperatura donde tienen lugar reacciones químicas entre gases, sólidos y materiales fundidos. Los sólidos que contienen metales valiosos se tratan para formar compuestos intermedios para su posterior procesamiento o se convierten en su estado elemental o metálico. Los procesos pirometalúrgicos que involucran gases y sólidos se caracterizan por operaciones de calcinación y tostado . Los procesos que producen productos fundidos se denominan colectivamente operaciones de fundición . La energía requerida para sostener los procesos pirometalúrgicos de alta temperatura puede derivar de la naturaleza exotérmica de las reacciones químicas que tienen lugar. Normalmente, estas reacciones son oxidación, por ejemplo, de sulfuro a dióxido de azufre . Sin embargo, a menudo se debe agregar energía al proceso mediante la combustión de combustible o, en el caso de algunos procesos de fundición, mediante la aplicación directa de energía eléctrica.
Los diagramas de Ellingham son una forma útil de analizar las posibles reacciones y, por lo tanto, predecir su resultado.
Electrometalurgia
La electrometalurgia implica procesos metalúrgicos que tienen lugar en alguna forma de celda electrolítica . Los tipos más comunes de procesos electrometalúrgicos son la electrodeposición y el electrorefinado . La electrodeposición es un proceso de electrólisis que se utiliza para recuperar metales en solución acuosa, generalmente como resultado de que un mineral se haya sometido a uno o más procesos hidrometalúrgicos. El metal de interés se recubre sobre el cátodo, mientras que el ánodo es un conductor eléctrico inerte. El electro-refino se usa para disolver un ánodo metálico impuro (típicamente de un proceso de fundición) y producir un cátodo de alta pureza. La electrólisis de sales fundidas es otro proceso electrometalúrgico mediante el cual el metal valioso se ha disuelto en una sal fundida que actúa como electrolito, y el metal valioso se acumula en el cátodo de la celda. El proceso de electrólisis de sales fundidas se lleva a cabo a temperaturas suficientes para mantener tanto el electrolito como el metal que se produce en estado fundido. El alcance de la electrometalurgia se superpone significativamente con las áreas de hidrometalurgia y (en el caso de la electrólisis de sales fundidas) pirometalurgia. Además, los fenómenos electroquímicos juegan un papel considerable en muchos procesos de procesamiento de minerales e hidrometalúrgicos.
Ionometalurgia
La ionometalurgia utiliza disolventes iónicos no acuosos como líquidos iónicos (IL) y disolventes eutécticos profundos (DES). Los DES son fluidos compuestos generalmente por dos o tres componentes baratos y seguros que son capaces de autoasociarse, a menudo a través de interacciones de puentes de hidrógeno, para formar una mezcla eutéctica con un punto de fusión más bajo que el de cada componente individual. Los DES son generalmente líquidos a temperaturas inferiores a 100 ° C, y exhiben propiedades físico-químicas similares a los líquidos iónicos usados tradicionalmente, mientras que son mucho más baratos y amigables con el medio ambiente.
Referencias
- ^ Brent Hiskey "Metalurgia, encuesta" en Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química, 2000, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002 / 0471238961.1921182208091911.a01
- ^ Ilimitado. "Metalurgia Extractiva". Química sin límites. Boundless, 21 de julio de 2015. Consultado el 18 de marzo de 2016 en https://www.boundless.com/chemistry/textbooks/boundless-chemistry-textbook/metals-20/metallurgic-processes-142/extractive-metallurgy-559-3578 /
Otras lecturas
- Gilchrist, JD (1989). "Metalurgia de extracción", Pergamon Press.
- Mailoo Selvaratnam, (1996): "Enfoque guiado para aprender química