Métodos para obtenção de metais a partir de minérios

Last updated Mar 9, 2023

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Na natureza, a maioria dos metais existe na forma de compostos químicos. Portanto, para poder usá-los no futuro, a pessoa teve que encontrar maneiras de obter metais dos minérios.

Metais nativos são aqueles que existem em estado livre na natureza (cobre, mercúrio, prata, ouro, platina e outros). Para mineração de ouro, é usada separação mecânica de impurezas ou extração usando reagentes.
Os restantes metais apresentam-se sob a forma de minérios – minerais ou rochas diversas, que contêm compostos metálicos, dos quais podem ser extraídos industrialmente. Na maioria das vezes, os minérios contêm óxidos metálicos ou seus sais (carbonatos, sulfetos, etc.). Freqüentemente, os minérios contêm compostos de vários metais, então eles são chamados de polimetálicos (chumbo-prata, cobre-zinco, etc.).
Os principais métodos de obtenção de metais a partir de minérios estão associados à redução de óxidos com a ajuda de carbono: o ferro fundido é fundido a partir do minério de ferro, o estanho a partir da pedra de estanho e outros metais a partir de seus óxidos.
Quando o metal é obtido do minério de enxofre, ele é primeiro convertido em um composto de enxofre por queima em um forno especial.

Metalurgia

A obtenção de metais a partir de minérios é uma tarefa da metalurgia. Este termo refere-se tanto à ciência dos métodos industriais de produção de metais quanto ao ramo da indústria diretamente dedicado a isso.

Qualquer processo metalúrgico é reduzido à redução de cátions metálicos por vários agentes redutores. Para realizar o processo de obtenção do metal a partir do minério, é necessário selecionar um agente redutor de acordo com a atividade do metal, levar em consideração fatores ambientais e econômicos, bem como a viabilidade tecnológica do processo.

Tecnologias para obtenção de metais:

pirometalúrgico;
hidrometalúrgica;
eletrometalúrgico.

Na pirometalurgia, a recuperação do minério metálico ocorre em altas temperaturas e agentes redutores (carbono, hidrogênio, dióxido de carbono, magnésio ou alumínio). Por exemplo, o cobre é obtido a partir da cuprita Cu2O e o estanho é obtido a partir da cassiterita SnO2 calcinando-os com coque (carbono). Também é importante distinguir o metal do não metal.

Vídeo sobre métodos de obtenção de metais a partir de minérios

Minérios de sulfeto são primeiro torrados com ar e o óxido resultante é reduzido com carvão. Os minérios carbonáticos também são calcinados com carvão: em altas temperaturas, os carbonatos se decompõem, formando óxidos, que já são reduzidos pelo carvão. Com a ajuda da redução de carbono, é possível obter elementos como ferro, zinco, cobre, cádmio, chumbo, estanho, germânio e outros metais que não formam carbonetos fortes com carbono. Metais ativos e hidrogênio também podem atuar como agentes redutores. Com este método, um metal razoavelmente puro pode ser isolado. Normalmente, é usado alumínio, que possui um calor muito alto de formação de óxido.

hidrometalurgia

Ela está envolvida na recuperação de metais de suas soluções salinas aquosas. Este processo é dividido em duas etapas:

o composto de minério é dissolvido no reagente correspondente, resultando em uma solução de sal metálico;
o metal da solução resultante é deslocado por um metal mais ativo ou ocorre redução eletrolítica.

Por exemplo, para se obter cobre puro de um minério contendo CuO, o primeiro é tratado com ácido sulfúrico diluído. Então cobre puro é obtido a partir da solução de sulfato por eletrólise ou deslocamento por ferro. Zinco, prata, molibdênio, urânio e ouro são obtidos usando uma tecnologia semelhante.

eletrometalurgia

Este é o nome da recuperação de metais por eletrólise de uma fusão ou solução de seus compostos. Assim, é possível obter metais a partir de minérios de metais alcalinos, alcalino-terrosos e alumínio. Fundições de hidróxidos metálicos, óxidos ou cloretos sofrem eletrólise.

Obtenção de metais alcalinos

Mais complexo é o processo de produção em massa de metais alcalinos, que, devido à sua alta atividade, existem na natureza apenas na forma ligada. Estes são agentes redutores fortes, pelo que a sua recuperação requer muita energia. Eles são obtidos de várias maneiras.

O lítio é obtido no vácuo a partir do óxido ou pela eletrólise de seu cloreto, obtido pelo processamento do espodumênio.
Ao calcinar a soda e o carvão em um cadinho hermeticamente fechado, obtém-se o sódio. Um método menos demorado é a eletrólise de um cloreto de sódio fundido na presença de cálcio.
O potássio também é obtido por eletrólise de sais fundidos ou pela passagem de vapor de sódio através de seu cloreto. Também pode ser obtido pelo contato de sódio líquido e hidróxido de potássio fundido a 440 graus.
Rubídio e césio ainda mais ativos são obtidos reduzindo seus cloretos a 700-800 graus com cálcio ou a 650 graus com zircônio. Essa obtenção de metais de minérios em altas temperaturas acaba sendo extremamente cara e consome muita energia.

Diferença entre metais e ligas

Não há limite claro e fundamental entre eles, porque mesmo os metais mais puros contêm pelo menos vestígios de impurezas. De fato, todos os metais utilizados pela indústria e quaisquer outros ramos da atividade humana são ligas, que são obtidas pela adição proposital de outros elementos ou compostos ao metal base.

A engenharia requer materiais metálicos com inúmeras propriedades. Os metais puros praticamente não são usados, porque não possuem as propriedades de que precisamos. Portanto, as pessoas desenvolveram um grande número de ligas metálicas, que se tornaram o principal material estrutural para todos os tipos de produtos. Uma liga é entendida como um material macroscopicamente homogêneo constituído por dois ou mais elementos químicos, cuja principal participação é o metal. As ligas têm sua própria estrutura. Aqui estão os componentes que compõem qualquer liga:

uma base compreendendo um ou mais metais;
pequenos aditivos de liga ou modificadores;
impurezas residuais (naturais, tecnológicas, aleatórias).