Procesos redox involucrados en la obtención de Fe y Cu en la minería chilena

El procedimiento empleado para obtener el cobre en la Gran Minería, depende de los tipos de mineral de donde procede el metal; éstos pueden ser oxidados o sulfurados.

El tratamiento que se aplica para el mineral oxidado se llama lixiviación. Los grandes pedazos del mineral se reducen, por medio de chancadoras, a trozos de poco más de 1 cm. El mineral fragmentado es tratado con ácido sulfúrico en sulfato de cobre(II). El metal contenido en estas disoluciones se extrae por electrólisis, proceso en el cual el cobre puro se deposita en el cátodo, constituido por láminas delgadas del mismo metal. Los cátodos, que alcanzan un peso cercano a los 70 kilos, pasan a la fundición para ser vaciados posteriormente en moldes de diferentes tamaños y formas para su exportación.

El tratamiento que sigue el mineral sulfurado se denomina flotación. Lo mismo que para el mineral oxidado, el proceso comienza con la reducción del tamaño del mineral, seguido de una nueva trituración por la llamada vía húmeda a fin de pulverizarlo. El cobre reducido a partículas muy pequeñas se somete al proceso de flotación, con el objetivo de concentrarlo. Para esto se agregan reactivos como aceites minerales o detergentes, haciéndolo pasar luego a las llamadas celdas de flotación, unos depósitos que permiten que el mineral de cobre flote en forma de espuma por un sistema de agitación y aire comprimido.

Después de repetir este proceso se logra un concentrado de entre 35-40% de cobre y 1% de molibdeno, el cual se somete a una flotación diferencial que separa el molibdeno del cobre. La molibdenita una vez secada y tostada en una planta térmica (proceso denominado tostación), se transforma en óxido de molibdeno, que se comercializa.

Para obtener el cobre se sigue un estricto tratamiento de purificación. El mineral concentrado por flotación es conducido a espesadores y filtros que le quitan el agua hasta convertirlo en un polvo negro que después se calienta y funde a 1350 ºC en unos hornos especiales, llamados reverberos. Así, se separa la escoria, que flota sobre el mineral fundido. La purificación continúa en los hornos convertidores, donde se aplica aire para oxidar las impurezas, obteniéndose el cobre

blíster, con un 99% de pureza, según la siguiente ecuación:

Cu2S(s) + O2(g) 2Cu(s) + SO2(g)

Finalmente éste se vierte en moldes donde es refinado electrolíticamente. Mientras más puro es el cobre, tiene mayor capacidad conductiva, que ayuda a la producción industrial.

En la celda electrolítica que se utiliza para la refinación, el cátodo es de cobre de alta pureza y el ánodo, de cobre impuro. El cobre sin purificar contiene metales nobles como el oro y la plata. El medio electrolítico de la celda es una disolución ácida de sulfato de cobre. El procedimiento involucra la oxidación del cobre anódico a ión Cu+2 y la reducción de los iones cúpricos, en el cátodo, según la siguientes semi ecuaciones:

Semi ecuación de oxidación (ánodo): Cu Cu+2 + 2e-

Semi ecuación de reducción (cátodo): Cu+2 + 2e- Cu

Ecuación Global: Cu (ánodo) Cu (cátodo)

b) El hierro: Además del cobre, el hierro es otro valioso metal que se produce en nuestro país en gran cantidad. Los principales yacimientos se encuentran en la III región, en la IV región, y en la II región, que es el de mayor reserva. La C ompañía minera del Pacífico explota todo estos yacimientos y produce casi la totalidad de este metal en el país, en la planta de Huachipato, ubicada en la VIII región.

La obtención del hierro se inicia con la extracción en la mina pasando luego a una etapa de molienda y clasificación. El alto horno es un reactor de varias decenas de metros de altura, en el que se producen una serie de reacciones hasta lograr hierro metálico.

El mineral de hierro , carbón de coque y piedra caliza se cargan por la parte superior del alto horno. Por la parte inferior, se inyecta aire caliente para facilitar los procesos químicos. Las principales reacciones químicas que ocurren en el alto horno son: la generación de gases reductores, la reducción de los óxidos de hierro y la formación de escorias.

La fuente de gases reductores (CO y H2) es la combustión del coque. El carbón se quema en la parte inferior del horno, donde la temperatura es muy alta, originando monóxido de carbono a medida que asciende, como se puede ver en la ecuación siguiente:

2C(s) + O2(g) 2CO(g)

A estas altas temperaturas, cualquier formación de CO2 es reducida por las capas superiores de coque, según:

C(s) + CO2(g) 2CO(g)

El vapor de agua presente en los gases inytectados reacciona también con el coke, de acuerdo a la siguiente ecuación:

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)

Los óxidos de hierro son reducidos por el H2(g) y el CO(g) obteniéndose hierro fundido, según:

Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2Fe(l) + 3CO2(g)

Fe2O3(s) + 3H2(g) 2Fe(l) + 3H2O(g)

La piedra caliza agregada al alto horno participa en la formación de escorias. Con las altas temperaturas, esta se descompone en óxido de calcio y dióxido de carbono, de acuerdo a la siguiente ecuación:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

El óxido de calcio reacciona con las impurezas que acompañan al mineral. Por ejemplo, con el óxido de sicilio para formar la escoria, principalmente silicato de calcio (CaSiO3), según vemos en la ecuación que sigue:

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3

El silicato de hierro es menos denso que el hierro fundido, por lo que se acumula en la base del horno formando una capa sobre el metal que lo protege de reacciones con el aire. Cada cierto tiempo, se remueve para ser aprovechado en otros procesos.

Las escorias son usadas para fabricar cemento y para hacer carreteras. El hierro fundido se extrae por las salidas laterales situadas en la base del horno. El metal obtenido se contiene alrededor de un 95% de hierro y el 5% restante se compone de impurezas como C,P,Mn y Si. La principal utilidad del hierro es la fabricación del acero, una aleación de hierro y carbono.

Ejemplos de usos prácticos de los procesos redox

1.- Obtención de metales (cobre, hierro, etc)

2.- La protección de metales contra la corrosión y

3.- Los diferentes tipos de pilas, como por ejemplo las alcalinas.

BIBLIOGRAFÍA

• Ciencias químicas educación media iii y iv, editorial santillana

• química raymond chang

• http://www.alihuen.org.ar/informacion/pilas-informacion.htm