La metalurgia y el refinamiento de los metales

La metalurgia y el refinamiento de los metales

En la naturaleza son muy escasos los metales puros, casi todos se encuentran asociados químicamente con otros elementos, formando compuestos conocidos como minerales.

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La metalurgia es el arte de extraer metales de los minerales, conocidos como menas, de las se puede extraer un elemento para refinarlo y prepararlo para su uso.

Este proceso consiste en modificar la naturaleza química de los minerales y separar el metal de sus compuestos sulfúricos, óxidos, silicatos o carbonatos.

Estos dependerán mucho del tipo de mena y de su composición química; en algunos casos, el procedimiento es mecánico, por ejemplo, cuando el oro se recupera de su núcleo pulverizándolo y después lavarlo en agua.

Los metales obtenidos en los diferentes métodos de metalurgia extractiva, por lo general, contienen impurezas, tales como otros metales, elementos no metálicos, pequeños restos de escoria, incluso gases disueltos.

La remoción de dichas impurezas es el refinamiento o beneficio de los metales, paso necesario para permitir que el metal sea trabajado posteriormente. Muchas de las propiedades de los metales importantes para el orfebre (maleabilidad, ductilidad, brillo, color, dureza, etc.) se ven afectadas o favorecidas por las impurezas.

El oro recuperado en los procesos extractivos, generalmente contiene cantidades significativas de cobre, plata y trazas de metales del grupo del platino. Por ello, para la refinación de cierto punto en adelante, se necesitan procesos más complicados, como la electrólisis, que consiste en separar los elementos de un compuesto por medio de la electricidad.

El separar y extraer los metales de las concentraciones de minerales es un trabajo delicado que requiere mucha destreza. En la actualidad se desarrolla en casas de fundición o refinerías, con métodos como la pirometalurgia, electrometalurgia e hidrometalurgia.

En épocas prehispánicas se utilizaron métodos que incluían la acción del fuego o pirometalurgia. Obtener cobre fue un gran paso en el origen de la metalurgia, debido al proceso dispendioso que significa la reducción del cobre a partir de los minerales. Para el oro el proceso es más fácil.

Los carbonatos suelen estar en la parte superior de los afloramientos minerales y su reducción es relativamente sencilla, por lo que se piensa que éstos debieron ser los primeros minerales que el hombre aprendió a reducir.

El proceso consiste en moler los carbonatos, mezclarlos con carbón de leña y dispuestos en el interior de un crisol o de una vasija de cerámica refractaria, introducirlos en un horno u hoguera para fundirlos.

El carbón, con loa acción del calor, produce la descomposición de gases de carbono (monóxido y dióxido de carbono) y el cobre queda libre (como metal líquido puro) y se deposita en el fondo del crisol formando un botón.

Este es el proceso conocido como reducción. Los desechos líquidos adicionales se conocen como escoria.

Las menas más profundas están formadas por sulfuros, que son compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Para el refinamiento se requieren procesos más dispendiosos.

Los sulfuros deben ser sometidos a tostación o calentamiento al aire. Por acción del calor, el azufre de los sulfuros se desprende y pasa a formar óxidos de azufre (anhídrico, sulfuroso y sulfúrico), mientras que el cobre se oxida y forma óxidos de cobre como la cuprita y tenorita.

La tostación debe seguir hasta que se desprendan todos los gases y entonces los óxidos resultantes se pueden reducir al mezclarlos con carbón y someterlos a calor, en un proceso igual al de la reducción de carbonatos.

Las temperaturas necesarias para realizar a cabalidad estos procesos de reducción o fundición dependen de los puntos de fusión de cada metal. El oro funde a 1,063°C; el cobre, a 1.083°C, la plata a 963°C y el platino a 1,773°C.

Para fundir y separar los metales de la ganga o materiales adicionales considerados como inservibles, es necesario lograr las temperaturas suficientes para derretir los metales deseados.

En la actualidad, las menas se calientan (calcinan) en hornos en presencia de carbón (coque) y es usual el uso de fundentes como la piedra caliza para facilitar la fundición.