Procesos metalúrgicos industriales: pirometalurgia, hidrometalurgia y electrometalurgia
La metalurgia integra aquellos procesos metalúrgicos industriales dedicados a preparar, tratar física o químicamente y producir metales puros o aleaciones tan comunes como el latón. Contempla el ciclo completo, desde la extracción del metal en el yacimiento. Así, existen distintas técnicas metalúrgicas según el metal o el proceso empleado. La pirometalurgia, la hidrometalurgia y la electrometalurgia son las más comunes.
La pirometalurgia industrial
Es una rama de la metalurgia extractiva centrada en obtener y refinar los metales a través del calor. Así, se extrae el metal del mineral separando la ganga —el material que se descarta al extraer la mena del yacimiento—para purificarlo. Las principales operaciones de la pirometalurgia son el secado, la calcinación, la tostación, la fusión y el refino.
En los procesos pirometalúrgicos se manejan temperaturas muy altas, que rondan los 950º. La energía se obtiene principalmente del carbón. Un ejemplo es la fundición de hierro en hornos.
Entre las ventajas de la pirometalurgia encontramos que permite procesar cantidades muy grandes de mineral, que las velocidades de reacción son muy altas y que es un proceso fácil de controlar con el equipo adecuado. Además, la pirometalurgia es el tratamiento más indicado para aquellas materias primas más complejas y heterogéneas.
Sin embargo, esa reacción tan rápida tiene como consecuencia materiales impuros, por lo que en ocasiones es necesario repetir el proceso, lo que redunda en un mayor gasto de energía. Como consecuencia de este elevado consumo, la pirometalurgia resulta muy contaminante, generando grandes cantidades de CO2 y sulfuros. Por esta razón se suele utilizar sólo para minerales de alta ley.
Extracción de metales por hidrometalurgia
Es una rama de la metalurgia que se centra en la extracción y recuperación de los elementos de interés a través de soluciones líquidas, acuosas y orgánicas, empleando la lixiviación. Es decir, el metal puro se extrae a partir de reacciones químicas en la solución que lo contiene. Se opera con temperaturas bajas y presiones de hasta 5.000 kPa. Por norma general se someten a este proceso minerales que se han lixiviado con anterioridad. Se emplea en el oro, cobre y zinc, obteniéndose de esta forma soluciones concentradas de sulfatos de cobre.
La hidrometalurgia es un proceso más sencillo que la pirometalurgia, además de mucho menos contaminante. En la parte negativa se encuentra la alta acidez de trabajo y que, en algunos casos, se generan residuos tóxicos. Asimismo, es un proceso menos eficaz porque se usan temperaturas bajas, lo que afecta a las tasas de reacción química.
La electrometalurgia
Esta rama emplea energía eléctrica para producir y tratar los metales. La convierte en calor para generar la temperatura adecuada para el proceso o bien para ayudar a descomponer un compuesto por acción electrolítica —cuando el calor utilizado es bajo— o bien por electrólisis —cuando es mayor—. Se puede aplicar en soluciones acuosas o en sales fundidas. En el primer caso se utiliza sobre todo para cobre, zinc, níquel, cobalto, plomo, plata, oro y otros metales como cadmio, cromo, manganeso, galio, titanio o telurio. En el segundo, para aluminio, litio, magnesio, sodio y potasio, así como para tierras raras.
Según el tipo de depósito que se obtiene, hay distintos procesos electrometalúrgicos: la electroobtención de metales, la electrorrefinación, la galvanoplastia o electrodeposición y el electroconformado.
La electroobtención o precipitación por reducción electrolítica es uno de los procedimientos más sencillos para recuperar oro y plata, con un coste operacional ajustado cuanto menos impurezas tienen las soluciones. Además, permite refinar el cobre obteniendo cátodos de alta pureza. La electrorrefinación se emplea para el cobre, y la galvanoplastia sobre todo para oro, plata, platino y zinc. También es usada para evitar la corrosión de los metales, al crear una capa delgada protectora sobre el metal. Por su parte, con el electroconformado se elaboran moldes rápidos.
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