Extracción de aluminio, cobre, zinc y hierro

Métodos generales de extracción

En esta lección, vamos a discutir la extracción de cuatro metales: aluminio, cobre, hierro y zinc. En la tabla periódica, el aluminio es un metal del Grupo 13 y el cobre, el hierro y el zinc son metales de transición. En general, los metales se extraen de su mineral , que es una sustancia natural. El aluminio se extrae electrolíticamente , lo que implica pasar electricidad a través de una sustancia iónica en un solvente con la presencia de dos varillas llamadas electrodos. Durante el proceso, el metal se deposita en uno de los electrodos. El cobre se extrae mediante el método de autorreducción. Tanto el hierro como el zinc se extraen mediante el método de reducción de carbono de sus respectivos minerales.

Extracción de Aluminio

El aluminio se extrae electrolíticamente de la bauxita, que es un mineral de aluminio. La bauxita contiene alúmina hidratada (Al 2 O 3 ) con algunas proporciones de óxido de hierro. El proceso de extracción implica los siguientes pasos.

A. Purificación de la bauxita: este es un proceso de dos pasos llamado proceso de Bayer:

1. Primero, disolvemos la bauxita en hidróxido de sodio acuoso (NaOH) por digestión. La bauxita con mayor contenido de hidróxido (Al (OH) 3 ) se trata a 120-140 ° C con NaOH diluido (3M) y la bauxita con mayor contenido de óxido ( AlOOH ) se trata a una temperatura más alta (200-250 ° C) y un presión más alta (35 atm) con NaOH 5-7M.
2. A continuación, las impurezas insolubles se separan por filtración. El Al (OH) 3 se precipita con dióxido de carbono y se enciende a ~ 1200 ° C para obtener Al 2 O 3 .

B. Luego, la bauxita purificada se disuelve en criolita, que es 5-7% CaF 2 , 5-7% AlF 3 , 2-8% Al 2 O 3 y se electroliza a 950 ° C en un cátodo de acero revestido de carbono con carbono duro varillas como el ánodo. El Li 2 CO 3 se utiliza para (i) reducir el punto de fusión del electrolito, (ii) permitir un mayor flujo de corriente y (iii) reducir la emisión de flúor.

Las reacciones resultantes se producen:

Al 2 O 3 → 2 Al 3+ + 3O –

En el cátodo: 2 Al 3+ + 6e – → 2Al

En el ánodo: 3O – – 6e – → 3O

Proceso de extracción de aluminio

Extracción de Cobre

La calcopirita (CuFeS 2 ) es el mineral de cobre más común. El cobre se extrae principalmente del mineral de sulfuro (Cu 2 S) mediante el proceso de autoreducción. Los minerales suelen ser de baja ley (0,5% Cu) y requieren concentración (hasta 15-20% Cu). El proceso contiene los siguientes pasos.

1. Concentración del mineral por el método de flotación por espuma , donde los materiales hidrofóbicos se separan de las sustancias hidrofílicas.
2. Tostado y fundición: el mineral de sulfuro se mezcla con sílice (SiO 2 ) a ~ 1400 ° C en un horno de reverberación donde las impurezas como el FeS se oxidan preferentemente antes que el Cu 2 S.
   2FeS + 3O 2 → 2FeO + 2SO 2
   El FeO forma escoria (material de desecho pedregoso separado de los metales durante la fundición) con sílice. La masa fundida se separa como la capa superior de escoria (FeSiO 3 ) y la capa inferior es de mate de cobre compuesto principalmente de Cu 2 S y FeS.
3. Autorreducción: la mata fundida se oxida aún más en el aire cuando el FeS restante se oxida principalmente. Se agrega más sílice, que forma más escoria con el óxido de hierro. Después de eliminar la escoria, el sulfuro de cobre se oxida parcialmente por el aire a Cu 2 O, y este Cu 2 O luego se combina con el Cu 2 S restante , produciendo cobre.
   2Cu 2 S + 3O 2 → 2Cu 2 O + 2SO 2
   2Cu 2 O + Cu 2 S → 6Cu + SO 2
   A medida que el dióxido de azufre abandona el metal durante el enfriamiento, el cobre crudo desarrolla ampollas y se conoce como ‘cobre ampolla’.
4. El cobre crudo se refina electrolíticamente usando una solución de sulfato de cobre acidificada como electrolito y cobre crudo como ánodo y cobre puro como cátodo.

Proceso de extracción de cobre

Extracción de zinc y hierro

Tanto el hierro como el zinc se extraen de sus respectivos minerales mediante el proceso de reducción de carbono. El hierro se extrae mediante reducción de carbono del mineral de óxido de hierro (Fe 2 O3) en altos hornos especialmente diseñados. Una carga (mezcla para comenzar dentro del horno) de mineral, coque (carbono) y piedra caliza (CaCO 3 ) en la proporción de 8: 4: 1 en peso se agrega al horno a 900 o C.El óxido de hierro se reduce mediante coque a el metal. La piedra caliza se descompone a unos 900 o C para dar CaO, que se combina con la sílice para formar escoria (CaSiO 3 ).

La ecuación de reducción de carbono es:

2Fe 2 O 3 + 3C → 4Fe + 3CO 2

Ecuación de formación de escoria:

CaCO 3 → CaO + CO 2

CaO + SiO 2 → CaSiO 3

Mineral de hierro

El zinc se extrae mediante reducción de carbono del mineral Mezcla de zinc (ZnS) mineral mediante altos hornos especialmente diseñados. El proceso contiene los siguientes pasos.

1. Concentración del mineral mediante el método de flotación por espuma: el mineral se mantiene en un tanque grande que contiene agua y aceite de pino. La mezcla se agita con aire comprimido. El mineral forma espuma y sale a la superficie, y las impurezas quedan en el agua.
2. Tostado: el mineral concentrado se calienta en un alto horno a 900 o C, donde el sulfuro de zinc se convierte en óxido de zinc. Pequeñas cantidades de ZnS pueden oxidarse a ZnSO 4 , pero por encima de 900 ° C, el ZnSO 4 se oxidará a ZnO.
   2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2
   2ZnSO 4 → 2ZnO + 2SO 2 + O 2
3. Reducción de carbono: el óxido de zinc obtenido durante el tostado se reduce mediante el coque al metal que se deposita en el fondo de la cámara y tiene una pureza del 99%.
   ZnO + C → Zn + CO
4. Purificación: puede purificarse aún más mediante destilación al vacío.

Resumen de la lección

Dediquemos unos minutos a revisar lo que hemos aprendido sobre el proceso de extracción de aluminio, cobre, zinc y hierro. Aprendimos que en la tabla periódica, el aluminio es un metal del Grupo 13 y el cobre, el hierro y el zinc son metales de transición. Aprendimos que los metales se extraen de su mineral , que es una sustancia natural. También aprendimos que los minerales se purifican inicialmente para su extracción mediante procesos como la concentración o la flotación por espuma. También aprendimos que el aluminio se extrae electrolíticamente, que consiste en pasar electricidad a través de una sustancia iónica en un solvente con la presencia de dos varillas llamadas electrodos. Aprendimos que el cobre se extrae mediante el método de autorreducción, y que tanto el hierro como el zinc se extraen mediante el método de reducción de carbono de sus respectivos minerales. Mediante estos procesos, es posible obtener un 95-99% de metal puro. Luego, refinando, podemos obtener el metal casi puro.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador