Metalurgia 4a2l4t

INDUSTRIA MINERO METALURGICA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO

Colegio de Ciencias y Humanidades Plantel Azcapotzalco Dr Ignacio Rodríguez Robles M en I. Josefina Becerril A.

ELEMENTOS MÁS ABUNDANTES EN LA CORTEZA TERRESTRE Elemento

% en peso

Elemento

% en peso

Oxígeno

50

Potasio

2.4

Silicio

26

Magnesio

1.9

Aluminio

7.5

Hidrógeno

0.9

Hierro

4.7

Titanio

0.6

Calcio

3.4

Cloro

0.2

Sodio

2.6

Fósforo

0.1

ABUNDANCIA Y DISTRIBUCIÓN(1)

Litósfera: •Parte sólida bajo nuestros pies, es la que proporciona la mayoría de las sustancias. •Mayor excavación en la litósfera de 7.7 km y la mina más profunda de 3.4 km, mientras que el radio de la tierra es de 6340 km. • Se calcula que se extraen 25 millones de toneladas por año de minerales. • En unos cuántos años se agotaran los recursos.

ABUNDANCIA Y DISTRIBUCIÓN(2)

Corteza terrestre: •17 km de espesor promedio, aunque varia de 4 a 70 km. • Los elementos no se encuentran distribuidos de manera uniforme. • Los elementos se encuentran mezclados y combinados con otros elementos en los minerales

DEFINICIÓN DE MINERAL MINERAL es un sólido homogéneo en su apariencia, con una composición química definida y un arreglo molecular ordenado cuyo origen es de carácter inorgánico. ROCA: Mezcla de minerales

CLASIFICACIÓN DE MINERALES MINERALES

METÁLICOS

METALES PRECIOSOS

NO METÁLICOS

METALES NO FERROSOS METALES Y MINERALES SIDERURGICOS

MINERALES NO METÁLICOS

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES MINERALES

EJEMPLOS

NATIVOS

Au, Pt, Ag, Cu, Hg, Ni, As, Sb, S, C

SULFUROS

PIRITA (FeS2), GALENA (PbS).

HALUROS

FLUORITA (CaF2), HALITA (NaCl)

ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS

MAGNETITA (Fe3O4)

NITRATOS, CARBONATOS Y BORATOS SULFATOS FOSFATOS SILICATOS

BARITA (Ba(OH)2 CALCITA (CaCO3) BÓRAX (Na2B4O7) NITRO DE CHILE (KNO3) YESO (CaSO4.2H2O) TURQUESA (Al2(OH)3PO4.H2O) CUARZO (SiO2)

ALGUNOS MINERALES COMUNES Mineral Fórmul a Calcita CaCO 3 Calcopirit CuFeS a 2 Cinabrio HgS Corundu Al2O3 m Fluorita CaF2 Galena PbS Halita NaCl Hematita Fe2O3

Mineral Fórmula Yeso CaSO4.2H2O Malaqui Cu2(CO3)(OH)2 ta Perovski CaTiO3 ta Pirita FeS2 Cuarzo SiO2 Talco Mg3(Si4O10)(OH)2 Turques CuAl6(PO4)4(OH)2.4H2 a Wolfenit PbMoO O 4 a

CENTROS MINEROS DE LA NUEVA ESPAÑA

NUEVA ESPAÑA

4

15

16

14 3 13 12 11 1 2 0 1 5 6 7 89

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Guanajuato San martín Zacatecas Chalchihuites Tlalpujahua Taxco Sultepec El Chico Pachuca Zimapan Pozos Cerro san Pedro Villa de Ramos Charcas Fresnillo Mazapil

Yacimientos minerales en México 2

3

5

6 1

4

3

5

1 2 3 4 5 6

2

Ag Au,Cu,Mo Pb,Zn,Cu Cu,Mo,Ag Pb,Zn,Mn Au, Ag

Fe

Cobre 85.2% (1°) Oro 29.9% (1°) Molibdeno 100% (1°) Plata 4.1% (7°)

Plomo 46.1 % (1°) Cinc 40.8 % (1°) Tungsteno 1005 (1°) Plata 13.5% (2°) Cobre 3.65 (3°) Oro 4.9% (5°)

Oro 10.8 %

Carbón 100% (1°) Coque 76.3% (1°) Hierro 31.6% (2°) Plata 2.1 (9°) Celestita 100% (1) Cinc 13.1 % (3°) Cobre 2.7 % (4°) Oro 3 % (9°) Plata 2.6% (10°)

Oro 4.6% (6°) Plata 2.2% (11°) Oro 10.5 % (4°) Plata 5.9 % (4°)

Oro 20.5% (2°) Plata 12.4% (3°) Plomo 5.2% 4° Cinc 2.5% (7°) Plata 40.5% (1°) Plomo 30.6% (2°) Cobre 8.2% (2°) Cinc 27.2 % (2°) Oro 4.8% (7°)

Manganeso 100 % (1°) Plomo 7.4% (3°) Cinc 7.3% (8°) Plata 4.7% (6°)

Minerales más abundantes en México Metales Producción Lugar preciosos (toneladas) Mundial

Metales y Producción Lugar minerales siderúrgicos (Toneladas) Mundial

Ag

Fe Mn

2,536,465

1o

Metales no ferrosos

Cu

327,976

11o

Minerales no metálicos

Zn Sb As Bi Cd Mo

348,329

1,071

6o 6o 4o 1o

1,814

3o

4,211

5o

S Barita Fluorita Grafito Yeso Celestita

984 2,943

6,109,453 173,380

921,349 470,028 423,970 40,412 3,758,923 141,140

11o 8o

9o 4o 2o 3o 7o 1o

Reflexión sobre los recursos minerales de México  ¿Es México un país rico en Recursos

Minerales?.  ¿Porqué las riquezas minerales no evitan que avance la pobreza en México?  ¿Existen algunas propuestas de solución para este tipo de problemáticas?

¿Qué es la METALÚRGIA?

CIENCIA DE EXTRAER LOS METALES A PARTIR DE SUS MINERALES.

METALES DE IMPORTANCIA ECONÓMICA HIERRO

MOLIBDENO

CINC

ESTAÑO

PLOMO

MERCURIO

PLATA

ANTIMONIO

PLATINO

ALUMINIO

ORO

COBALTO

NIQUEL

TUNGSTENO

COBRE

MAGNESIO

CROMO

MANGANESO VANADIO

BISMUTO

PROPIEDADES DE LOS METALES 1. Brillo metálico

2. Alta conductividad calorífica

3. Alta conductividad eléctrica

4.Maleables

5. Dúctiles

6. Empaquetamiento compacto

PROCESO GENERAL DE OBTENCIÓN DE METALES LOCALIZACIÓN DE MINERALES EXTRACCIÓN CONCENTRACIÓN PIROMETALURGIA

HIDROMETALURGIA

ELECTROMETALURGIA

TOSTACIÓN REDUCCIÓN REFINACIÓN TRATAMIENTO, ALEACIÓN

ORDEN DE ACTIVIDAD DE LOS METALES A C T I V I D A D EL MENOS ACTIVO ORO

POTASIO EL MÁS ACTIVO POTASIO SODIO BARIO ESTRONCIO CALCIO MAGNESIO ALUMINIO CINC HIERRO LOS METALES CIO QUE ESTÁN EN NÍQUEL ESTAÑO LA PARTE SUPERIOR PLOMO DESPLAZAN DE SUS HIDRÓGENO COMPUESTOS A LOS COBRE QUE SE ENCUENTRAN MERCURIO PLATA ABAJO PLATINO ORO

ESTADO NATURAL DE LOS METALES (1) • LOS

METALES QUE SE ENCUENTRAN EN ESTADO

NATIVO SON LOS QUE SE LOCALIZAN ABAJO DEL HIDRÓGENO EN LA SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES. •LOS METALES QUE ESTAN ARRIBA DEL HIDRÓGENO, DADA SU POSICIÓN EN LA SERIE ELECTROMOTRÍZ, FORMARAN ÓXIDOS O HIDRÓXIDOS.

ESTADO NATURAL DE LOS METALES (2) •EN LA CORTEZA TERRESTRE (PARTE SÓLIDA), SÓLO SE ENCUENTRAN COMPUESTOS DE METALES NO SOLUBLES EN AGUA. •LOS COMPUESTOS SOLUBLES SE ENCUENTRAN EN EL MAR Y EN DEPÓSITOS SUBTERRÁNEOS. •LOS METALES IMPORTANTES SE ENCUENTRAN COMO ÓXIDOS, HIDRÓXIDOS, SULFUROS Y SILICATOS INSOLUBLES.

Tipos de Procesos Metalúrgicos METALURGIA EXTRACTIVA PROCESOS FÍSICOS

PROCESOS QUÍMICOS

CONCENTRACIÓN DEL MINERAL (1) ES UN PROCESO FÍSICO, ES LA PARTE INICIAL DE LA OBTENCIÓN DEL METAL Y CONSISTE EN LA SEPARACIÓN DEL MINERAL DE OTROS MATERIALES QUE LO ACOMPAÑAN Y QUE DEBEN DE SER DESECHADOS. EN LENGUAJE TÉCNICO: MINERAL = MENA DESECHO = GANGA (ARENA, ROCAS, ARCILLAS, ETC).

CONCENTRACIÓN DEL MINERAL (2) LA CONCENTRACIÓN DEL MINERAL SE PUEDE HACER DE LAS FORMAS SIGUIENTES:

•Separación a mano •Separación magnética (Fe3O4) •Separación por medio de diferencias de densidad •Flotación con aceite (concentración del mineral mayor a 90 %).

PRINCIP ALE S PR OCE SOS F ÍSICOS DE CONCENT RA CI ÓN DE MIN ERAL ES LOS MÉTODOS DE CONCENTRACIÓN DE MINERALES MÁS EMPLEADOS EN LA INDUSTRIA MINERO METALÚRGICA SON:

1. SEPARACIÓN MAGNÉTICA 2. FLOTACIÓN

MÉTODO DE SEPARACIÓN DE MINERALES POR FLOTACIÓN

Mineral concentrado En la espuma

Ganga

Aire comprimido

PRINCIPIOS DEL MÉTODO DE FLOTACIÓN

1. PARA QUE EL MÉTODO DE FLOTACIÓN FUNCIONE LAS PARTÍCULAS DEL MINERAL, DEBEN DE SER HIDROFÓBICAS. 2. LOS AGENTES DE FLOTACIÓN SE ADSORBEN EN LA SUPERFICIE DEL MINERAL, EVITANDO QUE SE HUMEDEZCA

PRINCIPIOS DEL MÉTODO DE FLOTACIÓN (2) 3. LAS MOLÉCULAS DEL AGENTE DE FLOTACIÓN TIENEN UN EXTREMO NO POLAR QUE SE UNE A LA SUPERFICIE DEL MINERAL Y EL EXTREMO POLAR ES EL QUE INTERACTÚA CON EL AGUA. O CH2 CH3 S=C S - K+

Etil Xantato de potasio

DEFINICIÓN DE PROCESOS METALÚRGICOS METALURGIA

PIROMETALURGIA

ELECTROMETALURGIA

TOSTACIÓN

HIDROMETALURGIA REDUCCIÓN

PROCESOS METALÚRGICOS PIROMETALURGIA: UTILIZACIÓN DEL CALOR PARA CONVERTIR EL MINERAL PRIMERAMENTE A UN ÓXIDO (TOSTACIÓN) Y POSTERIORMENTE AL METAL DESEADO (REDUCCIÓN TOSTACIÓN: CALENTAMIENTO DEL MINERAL EN PRESENCIA DE AIRE, PARA PRODUCIR EL ÓXIDO DEL METAL CORRESPONDIENTE. REDUCCIÓN: REACCIÓN QUÍMICA ENTRE EL ÓXIDO DEL METAL CON UN AGENTE REDUCTOR COMO CO o H2, PARA OBTENER EL METAL

PROCESOS METALÚRGICOS(2) HIDROMETALURGIA: SEPARACIÓN SELECTIVA DE UN MINERAL O GRUPO DE MINERALES MEDIANTE UN PROCESO QUÍMICO ACUOSO.

PROCESOS METALÚRGICOS(3)

 ELECTROMETALURGIA:

EMPLEO DE LOS MÉTODOS DE ELECTRÓLISIS PARA OBTENER EL METAL PURO A PARTIR DE CUALQUIERA DE SUS COMPUESTOS O BIEN LA PURIFICACIÓN DE UNA FORMA IMPURA DEL METAL

PROCESO DE TOSTACIÓN Proceso que consiste en calentar el mineral finamente dividido en una corriente de aire o en gases de horno enriquecidos con aire. Por ejemplo: 2CuS(s) + 3O2(g)

2 CuO(s) + 2 SO2(g)

pirita

2NiS (s) + 3O2(g)

2NiO(s) + 2SO2(g)

millerita

ZnCO3(s)

ZnO(s)

+ CO2(g)

smithsonita

FeCO3 (s) siderita

FeO(s) + CO2(g)

PROCESO DE REDUCCIÓN  Proceso que consiste en hacer reaccionar el óxido

metálico con un agente reductor como CO, H2 o un metal activo: Fe2O3(s) + 3CO (g) 2Fe(s) + 3CO2(g) CuO(s) + H2(g) TiCl4(s) + 2Mg(s)

Cu(s) +

H2O(g)

Ti(s) + 2 MgCl2(g)

PIROMETALURGIA DEL Fe Diagrama de Flujo del proceso Mineral

Concentración

Reducción en Alto horno

Coque (C) CaCO3

Ganga

NO2 Aire O2 y N2

Fe, C Ni, P Si, etc ACERO Al carbón

CO, CO2

Escoria

Óxido de Fe Impurezas

Fe y C

Fe Impuro Recortes de Fe CaO

Refinación en Convertidor Ni2SiO4 Mn2SiO4 Ca3(PO4)2

CO2 SO2 O2 o O2 y Ar

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (1) Proceso de concentración

Principales minerales: Hematita Fe2O3 y Magnetita Fe3O4 Concentración de minerales: Se muele en forma de polvos finos y se separa el mineral de la ganga mediante imanes El contenido de hierro sube de 30-40 % a 60 o 65 %. Se forman lingotes pequeños de 6 a 25 mm de diámetro para meter el mineral al Alto horno. Tostación: Este proceso no se lleva a cabo debido a que el mineral ya es un óxido.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (2) Proceso de reducción

Reducción del mineral: se lleva a cabo en un alto horno, reactor químico continuo, de 60 m de altura 16 m de ancho, capaz de producir 10, 000 Toneladas diarias. Los altos hornos se cargan con una mezcla de coque, mineral de hierro y piedra caliza.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (3) Funciones del coque y CaCO3

El coque tiene dos funciones principales: como combustible para calentar el horno y producir gases reductores como el CO y H2. El CaCO3 sirve para formar las escorias.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (4) Operación del alto horno

El aire precalentado se introduce al alto horno por la parte inferior, y su función es permitir la combustión del coque. Para producir 1kg de hierro, se requiere de 2 kg de mineral, 0.3 kg de piedra caliza, 1 kg de coque y 1.5 kg de aire.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (5) Formación de CO y H2 en el Alto Horno

El coque se quema en la parte baja del horno, a esta temperatura el CO2 no es estable y reacciona con el coque como se muestra en las siguientes ecuaciones: C(s) + O2(g) C(s) + CO2(g) 2C(s) + O2(g)

CO2(g) 2 CO(g) , sumándolas 2CO (g)

El vapor de agua presente en el aire también reacciona con el coque: C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (6) Reacciones de obtención de Fe por reducción con CO y H2.

Los óxidos metálicos son reducidos y para el caso del Fe3O4, las reacciones químicas son: Fe3O4(s) + 4CO(g)

3Fe(s) + 4 CO2(g)

Fe3O4(s) + 4H2(g)

3 Fe(s) + 4 H2O(g)

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (7) Reducción de Impurezas

Los otros elementos presentes también se reducen: MnO(s) + CO(g) Mn(l) + CO2(g) SiO2(l) + 2CO(s)

Si(l) + 2CO2(g)

P2O5 (l) + 5 CO(s)

2 P(l) + 5 CO2 (g)

La escoria formada se queda encima del hierro fundido y lo protege. El hierro fundido se moldea en lingotes que se utilizan para la fabricación de acero.

ALTO HORNO CO, CO2, NO2 230 °C 525 °C

945 °C Tubo para inyectar Aire caliente

1510 °C Salida de hierro fundido

Hierro fundido Escoria

Hombre

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO(1)

La refinación se lleva a cabo en un recipiente llamado Convertidor con capacidad aproximada de 300 Ton, Inicialmente se carga con recortes de hierro y CaO (75 Ton), posteriormente se llena con hierro fundido proveniente del alto horno.

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO(2)

El hierro tiene como impurezas: 0.6 a 1.2% de Si, 0.2% de P, 0.4 a 2% de Mn y 0.3 % de S y gran cantidad de C.

Se utiliza como agente oxidante O2 puro u O2 con Ar.

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO(3) El O2 reacciona con las impurezas y permite su disminución: C y S se eliminan como CO2 y SO2. El Si forma SiO2, que se adhiere a la escoria, los óxidos metálicos forman silicatos con el SiO2 La presencia de CaO ayuda a la eliminación del P, formándose el Ca3(PO4)2.

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO (4)

En resumen, las impurezas del hierro reaccionan con O2 2 Mn(l) + O2(g)

2 MnO(l)

2 Ni (l)

+ O2(g)

2NiO (l)

Si(g)

+ O2(g)

SiO2(l)

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO (5) Los óxidos metálicos reaccionan con el SiO2 formando silicatos que se integran a la escoria: 2 MnO (l) + SiO2(l)

Mn2SiO4

2 NiO (l) + SiO2(l)

Ni2SiO4

Y el P reacciona con el CaO formando fosfato: 3 CaO(l)

+ P2O5(l)

Ca3(PO4)2(l)

que también se integra a la escoria.

CONVERTIDOR DE HIERRO Y ACERO Cubierta removible Cinturón Para el Manejo del recipiente

Entrada de O2 y O2 – Ar

Ladrillos refractarios Extremo para vaciarlo

Hierro Fundido y escoria

COMPARACIÓN DE PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL HIERRO PROCESO TRADICIONAL COQUIZADOR

CARBÓN

COQUIZADOR

ALTO HORNO

GAS

CONVERTIDOR

PELLETS MINERAL

ALTO HORNO

ENERGÍA ELÉCTRICA CONVERTIDOR

PROCESO DEL HIERRO ESPONJA

COLADA CONTINUA

Hidrometalúrgia del Au Diagrama de flujo Mineral

Tanque de disolución

Filtro Ganga

Aire (O2 y N2) Au

Solución acuosa de NaCN

Au en solución Impurezas solubles CaO

ZnO Au en solución Eliminador de Zn

(Au(s) Zn(s)

Aire

Precipitador de Au

Precipitador de impurezas solubles

M(OH)n Zn

HIDROMETALURGÍA DEL ORO (1) Reacción en el tanque de disolución Para minerales con muy poco contenido de oro, se utiliza un método por vía humeda con NaCN en presencia de oxígeno del aire, se forma un compuesto complejo estable que es soluble en agua: 4Au(s) + 8NaCN(ac) + O2(ac) + 2H2O(l)

4AuNa(CN)2(ac) + 4NaOH(ac)

HIDROMETALURGÍA DEL ORO (2) Precipitación de impurezas y de Au Esta solución se trata con CaO, para precipitar otros iones metálicos como hidróxidos, por ejemplo: Mn2+(ac) + CaO(s) + H2O(l)

Mn(OH)2(s) + Ca2+(ac)

Se filtra la solución y se trata con Zn metálico para precipitar el Au: 2 AuNa(CN)2(ac) + Zn(s)

ZnNa2(CN)4(ac) + 2Au(s)

HIDROMETALURGÍA DEL ORO (1) Purificación del Au Mediante la filtración se obtiene una mezcla de Zn y Au, para separar el Zn, primero se calienta para formar el ZnO(s), el cual calentarse se sublima y deja al Au, el cual se funde con borax Na4B4O7.10H2O y Sílice SiO2, con lo cual se forma una escoria en la cual se eliminan Los óxidos metálicos que pudieron haber quedado.

Metalurgía del aluminio  Para

la obtención del aluminio, se usan dos procesos metalúrgicos:  Hidrometalurgia

(concentración del mineral)

 Electrometalurgia

para obtener el metal.

Hidrometalurgia (proceso Bayer) Solución acuosa de NaOH al 30 % Bauxita Al2O3 + Impurezas

Reactor de Concentración de mineral

Al2O3 purificado

Silicoaluminatos Óxido e hidróxidos de Fe

Proceso Hall

METALURGIA DEL ALUMINIO (1) Hidrometalurgia (Proceso Bayer) El mineral más adecuado para obtener el Al es la bauxita Al2O3.xH2O. Para eliminar las impurezas de Fe y SiO2, se emplea el proceso Bayer, en el cual el mineral se muele y pulveriza, y se hierve en solución acuosa concentrada de NaOH al 30% entre 150 y 230 °C, obteniéndose: Al2O3.H2O(s) + 6H2O (l) + 2OH-(ac)

2 Al(H2O)2(OH)4-(ac)

METALURGIA DEL ALUMINIO (2) Hidrometalurgía Las impurezas de SiO2 precipitan como silicoaluminatos y el óxido hierro como un lodo rojo. A la solución que contiene el aluminio se le elimina el agua, el sólido resultante se calcina y se obtiene un óxido parcialmente hidratado Al2O3.xH2O llamado alumina que al calentarlo a 1000°C se convierte en óxido de aluminio anhidro.

Electrometalurgia del aluminio Proceso Hall Criolita

Proceso Bayer

Al2O3

CO2 gas

Celda electrolítica

Corriente eléctica

Aluminio fundido

C electrodos de Grafito (anodos)

METALURGIA DEL ALUMINIO (3) Electrometalurgia

Se emplea el proceso Hall en el cual se disuelve el Al2O3 purificado en criolita fundida Na3AlF6, la cual se funde a 1012 °C y es un buen conductor de la corriente eléctrica.

METALURGIA DEL ALUMINIO (4) Electrometalurgia En la electrólisis se emplean ánodos de grafito los cuales se consumen. En el proceso de la electrolisis. La reacciones que ocurren en los electrodos son las siguientes: 2Al2O3(l)

criolita

4Al3+ + 6O2-

Ánodo 3 C(s) + 6O2Cátodo 4 Al3+ + 12e-

3 CO2(g) + 12e4 Al (s)

METALURGIA DEL ALUMINIO (5) Electrometalurgia

Ya que el metal se concentra en la parte baja de la cuba electrolítica, debido a que es mas denso que la solución de criolita-alumina, el aluminio fundido se descarga y se hacen lingotes

ELECTROMETALURGIA DEL ALUMINIO

+

Ánodos de grafito.

Al2O3 disuelto

Aluminio fundido Recipiente de Hierro con carbono

En criolita fundida

Aluminio fundido

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (1)

El Cu se obtiene principalmente de las calcopirita CuFeS2, usando métodos pirometalurgicos, mediante la siguiente reacción: 4CuFeS2(s) + 13 O2(g)

4CuO(s) + 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (2)

La anterior reacción genera algunos problemas: •Gasto energético muy alto, para producir la reacción •Gran cantidad de escoria de Fe como óxido. •Producción de SO2(g) que se descarga a la atmósfera causando contaminación ambiental.

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (3) Actualmente se pone en práctica un método hidrometalurgico que evita la mayoría de los problemas. El método hidrometalurgico implica la oxidación en medio acuoso de la calcopirita CuFeS2, después de que ha sido concentrada por flotación.

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA(4) El mineral finamente dividido se suspende en una solución acuosa de ácido sulfúrico en presencia de oxígeno, donde tiene lugar la oxidación de la calcopirita, según la siguiente ecuación: 2CuFeS2(s) + 2H+(ac) + 4O2(g) 2Cu2+(ac) + SO42-(ac) + Fe2O3(s) + 3S(s) + H2O(l)

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (5)

La solución resultante se sujeta a una electrólisis para obtener cobre metálico, la solución remanente es ácido sulfúrico el cual se vuelve a reciclar al sistema.

ELECTROMETALURGIA DEL COBRE (1) En general el Cu en bruto que se obtiene de CuFeS2 o de Cu2S mediante procesos pirometalurgicos no esta lo suficientemente puro para sus aplicaciones como conductor eléctrico. La refinación del cobre se hace mediante electrólisis Los ánodos son de cobre bruto y los cátodos son de cobre puro, la solución electrolítica es sulfato de cobre CuSO4(ac).

ELECTROMETALURGIA DEL COBRE (1) Al conectar la celda a un voltaje, el cobre del ánodo se oxida y El Cu2+ de la solución se reduce en el catodo. Anodo Cu0(s) Cátodo Cu2+(ac) + 2e-

Cu2+(ac) + 2eCu0(s)

ELECTROMETALURGÍA DEL COBRE Cátodo(-) Ánodo(+)

Cu impuro Solución Cu puro

ELECTROMETALURGIA DEL SODIO Se emplea la electrolisis del cloruro de sodio fundido. El medio electrolitico donde fluye la corriente electrica es el cloruro de sodio fundido, el cual se ioniza como se muestra a continuación: NaCl (l)

Na1+(solv) +

Cl1- (solv)

ELECTROMETALURGIA DEL SODIO Para disminuir el punto de fusión del medio se agrega CaCl2 (de 804°C disminuye a 600°C) Se evita el o del Cl2 y el Na, también no se permite el O2 Las reacciones en los electrodos son; Ánodo Cátodo

2Cl1- (solv) – 2e2Na1+(solv) + 2e-

2Cl0(solv) 2Na(l)

Cl2(g)

ELECTROMETALURGIA DEL SODIO Entrada para vaciar Cloruro de sodio

Salida de cloro gas

Cloruro de sodio fundido

Pantalla de hierro para Evitar la combinación de Na y Cl2

-

Salida de Na Fundido

2Cl- -2e  Cl2

+

Ánodo de grafito

Cátodo de acero

-

2Na+ + 2 e  2Na0