Métodos de obtención de metales y aleaciones
En Moa y Nicaro se extrae níquel de la tierra rojiza de las lateritas, y en un alto horno el hierro sale de una roca oscura. Casi ningún metal se encuentra «listo para usar»: ¿por qué unos se obtienen con carbón y otros necesitan corriente eléctrica? Al final de la página lo respondemos.
De la mena al metal: la industria minero-metalúrgica
La mayoría de los metales están en la naturaleza combinados, como óxidos o sulfuros, dentro de un mineral. La roca que contiene el mineral junto a impurezas se llama mena. Obtener el metal es transformar $M^{n+}$ en $M$: es decir, una reducción.
$$M^{n+} + n\,e^- \rightarrow M$$La industria minero-metalúrgica reúne dos partes: la minería (extraer el mineral) y la metalurgia (obtener y trabajar el metal). En general tiene estas etapas:
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Extracción del mineral (minas a cielo abierto, como en Moa).
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Preparación: trituración y molienda, y separación del mineral de la ganga (los materiales sin valor).
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Obtención del metal por un método químico (piro, hidro o electrometalurgia).
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Refinación: eliminar impurezas para lograr un metal más puro.
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Conformación: fundición, laminado, aleación y fabricación de piezas.
Cuba es un país con una importante industria del níquel en Moa y Nicaro. Indica a qué tipo de industria pertenece (minero-metalúrgica o agrícola) y menciona dos etapas…
Cuba es un país con una importante industria del níquel en Moa y Nicaro. Indica a qué tipo de industria pertenece (minero-metalúrgica o agrícola) y menciona dos etapas que, en general, comprende la obtención de un metal a partir de un mineral.
Los tres métodos: piro, hidro y electrometalurgia
Todos reducen el ion metálico, pero de forma distinta.
| Método | Rasgo que lo distingue | Ejemplo |
|---|---|---|
| Pirometalurgia | Alta temperatura y reductor químico | Fe con CO |
| Hidrometalurgia | Disoluciones acuosas | Cu con Fe |
| Electrometalurgia | Corriente eléctrica | Al, Na |
Define con tus palabras qué es la pirometalurgia, la hidrometalurgia y la electrometalurgia. Para cada una menciona la característica principal que la distingue de las…
Define con tus palabras qué es la pirometalurgia, la hidrometalurgia y la electrometalurgia. Para cada una menciona la característica principal que la distingue de las otras dos.
Balancear la reducción en el alto horno
El hierro se obtiene de óxidos como $Fe_2O_3$ (hematita). En el alto horno el CO, formado a partir del coque, reduce el óxido.
El óxido de hierro(III) se reduce con monóxido de carbono en un alto horno para obtener hierro: $Fe_2O_3 + CO \rightarrow Fe + CO_2$ Balancea la ecuación, indica el…
El óxido de hierro(III) se reduce con monóxido de carbono en un alto horno para obtener hierro:
$Fe_2O_3 + CO \rightarrow Fe + CO_2$
Balancea la ecuación, indica el agente reductor y el agente oxidante, y señala a qué método de obtención (piro, hidro o electrometalurgia) corresponde este proceso.
Reactividad y método: la serie de actividad
Cuanto más activo es un metal, más fuerte retiene su estado oxidado y más difícil es reducir su ion. Por eso el método depende de la posición en la serie de actividad.
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Muy activos (K, Na, Ca, Mg, Al): ningún reductor común logra reducir sus iones. Se usa la electrólisis de sus compuestos fundidos, muy costosa en energía. Fundir el compuesto y no disolverlo en agua es necesario: en disolución el agua se reduciría antes.
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Medianamente activos (Zn, Fe, Pb): se reducen con carbono o CO a alta temperatura.
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Poco activos (Cu, Ag, Au): sus iones se reducen con facilidad; el cobre puede obtenerse por hidrometalurgia, y la plata y el oro a veces aparecen nativos.
Electrólisis frente a pirometalurgia. Ventaja de la electrólisis: permite obtener metales muy activos y de gran pureza. Inconveniente: consume mucha energía eléctrica y es cara.
Explica por qué el aluminio y el sodio se obtienen por electrólisis de compuestos fundidos, mientras que el cobre puede obtenerse por métodos químicos menos costosos en…
Explica por qué el aluminio y el sodio se obtienen por electrólisis de compuestos fundidos, mientras que el cobre puede obtenerse por métodos químicos menos costosos en energía. Relaciona tu respuesta con la reactividad de estos metales en la serie de actividad.
Una empresa necesita decidir cómo obtener tres metales: potasio, hierro y plata, a partir de sus compuestos. Para cada uno, propón el método de obtención más adecuado…
Una empresa necesita decidir cómo obtener tres metales: potasio, hierro y plata, a partir de sus compuestos. Para cada uno, propón el método de obtención más adecuado (pirometalurgia, hidrometalurgia o electrometalurgia) y fundamenta tu elección con la posición del metal en la serie de actividad. Comenta además qué ventaja y qué inconveniente tiene el método electrolítico frente al pirometalúrgico.
Las aleaciones
Los átomos distintos alteran la red metálica: dificultan que las capas de átomos se deslicen. Por eso las aleaciones suelen ser más duras y resistentes que el metal puro, y a menudo resisten mejor la corrosión.
| Aleación | Metales | Uso |
|---|---|---|
| Acero | Hierro + carbono (pequeña cantidad) | Estructuras, herramientas |
| Acero inoxidable | Hierro, cromo, níquel | Utensilios de cocina |
| Bronce | Cobre + estaño | Cojinetes, campanas, estatuas |
| Latón | Cobre + zinc | Herrajes, instrumentos musicales |
Ejemplos del cubano: el bronce se usa en estatuas y campanas; el latón en llaves, cerraduras y trompetas; el acero inoxidable en ollas y cubiertos.
Explica qué es una aleación y cita dos ejemplos de aleaciones, indicando los metales que forman cada una.
Explica qué es una aleación y cita dos ejemplos de aleaciones, indicando los metales que forman cada una.
Una tabla muestra la composición aproximada de dos aleaciones: Bronce: cobre y estaño, con predominio de cobre. Latón: cobre y zinc, con predominio de cobre. Indica cuál…
Una tabla muestra la composición aproximada de dos aleaciones:
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Bronce: cobre y estaño, con predominio de cobre.
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Latón: cobre y zinc, con predominio de cobre.
Indica cuál es el metal que se añade al cobre en cada caso y explica por qué se prefieren estas aleaciones en lugar del cobre puro para fabricar ciertas piezas, como herrajes, cojinetes o instrumentos musicales.
La industria del níquel en Moa procesa minerales lateríticos para obtener un producto que contiene níquel y cobalto. Analiza por qué una aleación como el acero…
La industria del níquel en Moa procesa minerales lateríticos para obtener un producto que contiene níquel y cobalto. Analiza por qué una aleación como el acero inoxidable, que contiene hierro, cromo y níquel, resulta más útil para fabricar utensilios de cocina que el hierro puro. Explica qué cambia en las propiedades al formarse la aleación y qué importancia económica tiene para un país disponer de níquel en su territorio.
Aplicación: níquel, acero inoxidable y economía
El hierro puro es blando y se oxida (moho). Al aleararlo con cromo y níquel se forma el acero inoxidable: más duro, resistente a la corrosión y fácil de limpiar, ideal para ollas y cubiertos. El cromo forma una capa fina de óxido que protege la superficie.
Para un país, tener níquel significa disponer de una materia prima que se exporta o se usa en aleaciones; genera empleo, divisas e industria asociada. Al mismo tiempo exige cuidar el ambiente en la minería a cielo abierto.
Vuelve al principio: el hierro, medianamente activo, se reduce con CO en el alto horno (pirometalurgia); los metales muy activos como el aluminio y el sodio necesitan electrólisis, porque ningún reductor químico común los obtiene.