Metales y Metalurgia Brown_5728649582b8693926b2e7bb427358c5

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23.1 Presencia de los metales y su distribución en la naturaleza 921(a) (b) (c)Á Figura 23.2 Tres minerales comunes: (a) calcopirita; (b) rutilo (en una matriz decuarzo) y (c) cinabrio.TABLA 23.1Principales fuentes minerales de algunos metales comunesMetal Mineral ComposiciónAluminioBauxitaAl 2 O 3CobreCalcocitaCalcopiritaMalaquitaCu 2 SCuFeS 2Cu 2 CO 3 (OH) 2CromoCromitaFeCr 2 O 4EstañoCasiteritaSnO 2HierroHematitaMagnetitaFe 2 O 3Fe 3 O 4ManganesoPirolusitaMnO 2Mercurio Cinabrio HgSMolibdenoMolibdenitaMoS 2Plomo Galena PbSTitanioRutiloIlmenitaTiO 2FeTiO 3Zinc Esfalerita ZnSEjercicios con el CD-ROMFuentes minerales de menas(Mineral Source of MineralOres)MetalurgiaLa metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracción de metales de sus fuentesnaturales y de su preparación para usos prácticos. Por lo común comprende variasetapas: (1) explotación de yacimientos, (2) concentración de la mena o alguna otraforma de preparación de ésta para tratamientos ulteriores, (3) reducción de la menapara obtener el metal libre, (4) refinación o purificación del metal y (5) mezclado delmetal con otros elementos a fin de modificar sus propiedades. El producto de esteúltimo proceso es una aleación, esto es, un material metálico compuesto de dos omás elementos (Sección 23.6).Una vez extraída la mena del yacimiento, por lo regular se tritura y se muele, ydespués se trata para concentrar el metal deseado. La etapa de concentración aprovechalas diferencias de propiedades entre el mineral y el material indeseable que loacompaña, el cual se conoce como ganga. Por ejemplo, la mena de hierro cruda seenriquece y se le da forma de gránulos (Figura 23.3 »).Á Figura 23.3 En esta mina demena de hierro a cielo abierto de laPenínsula Superior de Michigan, lamena cruda se concentra y se moldeaen gránulos para el transporte.
922 Capítulo 23 Metales y metalurgiaUna vez concentrada la mena, se siguen diversos procedimientos químicos paraobtener el metal en un estado de pureza idóneo. En las Secciones de la 23.2 a la 23.4examinaremos algunos de los procesos metalúrgicos más comunes. Veremos que estastécnicas aplican muchos de los conceptos básicos que ya hemos estudiado en eltexto.23.2 PirometalurgiaUn gran número de procesos metalúrgicos utiliza temperaturas elevadas paramodificar el mineral químicamente y reducirlo a metal libre. El uso de calor para modificaro reducir el mineral se llama pirometalurgia. (Piro significa “a alta temperatura”.)La calcinación es el calentamiento de una mena para provocar su descomposicióny la eliminación del producto volátil. Este producto volátil podría ser, porejemplo, CO 2 o H 2 O. Los carbonatos se suelen calcinar para expulsar CO 2 y formarel óxido del metal. Por ejemplo,PbCO 3 (s) — : PbO(s) CO 2 (g) [23.1]Casi todos los carbonatos se descomponen con razonable rapidez a temperaturas de400 a 500°C, aunque el CaCO 3 requiere una temperatura de alrededor de 1000°C. Lamayor parte de los minerales hidratados pierden H 2 O a temperaturas del orden de100°C a 300°C.La tostación es un tratamiento térmico que favorece las reacciones químicas entrela mena y la atmósfera del horno. Este tratamiento puede dar lugar a la oxidacióno la reducción, e ir acompañado de calcinación. Un importante proceso detostación es la oxidación de menas de sulfuro, en la que el metal se transforma en elóxido, como en los ejemplos que siguen:2ZnS(s) 3O 2 (g) —: 2ZnO(s) 2SO 2 (g) [23.2]2MoS 2 (s) 7O2(g) —: 2MoO 3 (s) 4SO 2 (g) [23.3]La mena de sulfuro de un metal menos activo, como el mercurio, se puede tostar paraobtener el metal libre:HgS(s) O 2 (g) —: Hg(g) SO 2 (g) [23.4]En muchos casos se puede obtener el metal libre empleando una atmósfera reductoradurante la tostación. El monóxido de carbono crea una atmósfera de este tipo, yes frecuente su uso para reducir óxidos metálicos:PbO(s) CO(g) —: Pb(l) CO 2 (g) [23.5]Sin embargo, este método de reducción no siempre es factible, en especial si los metalesson activos, pues son difíciles de reducir.La fundición es un proceso de fusión en el que los materiales formados en elcurso de las reacciones químicas se separan en dos o más capas. La fundición sueleimplicar una etapa de tostación en el mismo horno. Dos tipos importantes de capasque se forman en los hornos de fundición son el metal fundido y la escoria. El metalfundido puede consistir casi en su totalidad de un solo metal, o bien ser una disoluciónde dos o más metales.La escoria se compone principalmente de minerales de silicato fundidos, conaluminatos, fosfatos y otros compuestos iónicos. Se forma una escoria cuando unóxido metálico básico como el CaO reacciona a temperaturas elevadas con sílicefundida (SiO 2 ):CaO(l) SiO 2 (l) —: CaSiO 3 (l) [23.6]Los procedimientos pirometalúrgicos pueden incluir no sólo la concentración yreducción de un mineral, sino además la refinación del metal. La refinación es el tratamientode un producto metálico crudo, relativamente impuro, de un proceso metalúrgicopara aumentar su pureza y definir mejor su composición. En ciertos casos
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