Con excepción del oro y de algunos otros metales como el platino (incluyendo algunos de su grupo); la mayoría de éstos se encuentran en la naturaleza en forma de minerales. Es importante tomar en cuenta que los minerales generalmente no se nombran de forma química sino de forma común de acuerdo al lugar en el que fueron descubiertos. Por ejemplo, tres minerales muy comunes son la calcopirita, rutilo y cinabrio. De la calcopirita se extrae el cobre, del cinabrio el mercurio y del rutilo el titanio. En la bibliografía recomendada en las referencias se encuentran listas con gran contenido de minerales y los metales que se extraen de cada uno.
La ciencia que estudia los metales, todas sus transformaciones, procesamiento y sus aplicaciones en la vida diaria se llama metalurgia y comprende diferentes aspectos o ramas:
- La explotación de yacimientos. En esta etapa se extraen los minerales que contienen el metal de la naturaleza.
- Preparación de la mena o acondicionamiento para futuro procesamiento. Generalmente se somete a un proceso de trituración o molienda.
- Reducción de la mena para obtener el metal.
- Purificación del metal.
- Mezcla del metal con otros componentes con el fin de mejorar o cambiar sus propiedades, como en el caso del hierro que se mezcla con cierta cantidad de carbono para formar el acero que utilizamos diariamente.
Siguiendo con el ejemplo del acero; primero se extrae el mineral que contiene el hierro de la naturaleza o se recicla chatarra de acero. Éstos se funden generalmente en un horno de arco eléctrico que consiste en tres electrodos gigantes que hacen corto circuito elevando la temperatura lo suficiente para que la chatarra se funda. Durante este proceso, las impurezas que tiene la chatarra flotan en la superficie en forma de óxidos. A estos óxidos se les conoce en la industria metalúrgica como escoria. Después el acero líquido pasa a una olla de tamaño considerablemente grande y parecido al horno donde se mezcla con otros compuestos para cambiar sus propiedades como dureza, maleabilidad, etcétera. Ésta mezcla pasa después a una parte del proceso conocida como colada continua donde se le da forma de lingotes o de billets para facilitar la última parte del proceso en la cual se le otorga la forma deseada de lámina o de varilla.
Pirometalurgia
Uno de los procesos que se utilizan para extraer el metal de las menas es la pirometalurgia, que como su nombre lo dice es el uso de calor o altas temperaturas para descomponer el mineral y extraer el metal deseado como se mencionó anteriormente en el caso de la producción del acero.
Hay varios tipos de pirometalurgia:
- Calcinación. En este proceso se aumenta la temperatura del mineral o mena para poder eliminar los compuestos volátiles producto de la calcinación. Generalmente se utiliza cuando el mineral contiene carbonatos del metal deseado como carbonatos de plomo o son compuestos hidratados. Normalmente la descomposición ocurre a temperaturas relativamente bajas de 400 a 500 grados Celsius.
- Tostación. Durante la tostación existe una reacción química entre el mineral o mena y la atmósfera del horno en el que se lleva a cabo el proceso. Por ejemplo en el caso de las menas de sulfuro, en el que primero se convierten de sulfuros a óxidos y esto facilita la extracción del metal.
Hidrometalurgia
Como la pirometalurgia requiere mucha energía para poder llevarse a cabo, se han ideado nuevas técnicas para extraer metales como la hidrametalurgia en el que se obtiene el metal deseado a través de reacciones acuosas. En este tipo de proceso, hay un paso muy importante que se conoce como lixiviación, en el cual el metal que se desea extraer se disuelve de forma selectiva en agua. El siguiente paso es precipitar el metal en forma de algún óxido más fácil de manejar.
Electrometalurgia
En el caso de metales más activos como el sodio, el magnesio y el aluminio que no se pueden obtener por medio de soluciones acuosas, se utiliza la electrólisis. El proceso de obtención de metales donde se utilizan reacciones electrolíticas se conoce como electrometalurgia.
Propiedades de los metales
Como se ha visto en post anteriores los metales tienen la propiedad de conducir el calor y electricidad debido a su enlace metálico en el cual los núcleos de los elementos prácticamente flotan en un mar de electrones; los cuales se mueven libremente por todo el material. También tienen la propiedad de ser dúctiles y maleables.
Referencias
- Brown Theodre L., y cols. Química. La ciencia central. PEARSON Educación, México, 2004. Pág. 56 ISBN 970-26-0468-0