Pirometalurgie

Pirometalurgia este una dintre cele trei metode principale utilizate în metalurgie pentru a extrage metalele din mineralele respective; se bazează pe utilizarea temperaturilor ridicate în diferitele procese. Celelalte ramuri sunt hidrometalurgia (bazată pe procese chimice în soluție apoasă) și electrometalurgia (care utilizează procese electrochimice). ^{[1] [2] [3] [4] [5]} Tratamentele pirometalurgice pot ajunge la metalul pur sau pot furniza compuși intermediari sau aliaje pentru a fi utilizați în procesele ulterioare. fierul , cuprul , nichelul , zincul , cromul , staniul și plumbul sunt câteva exemple de metale extrase cu metode pirometalurgice. ^[2]

Descriere

Procesele pirometalurgice implică în general aceste faze principale: ^[2]

• Tratamentul mineralului inițial pentru a forma diferiți compuși
• Îmbogățirea sau separarea compusului de interes în unele etape
• Reducerea la metal
• Rafinare

În timpul acestor etape de procesare sunt utilizate diferite procese termice. Principalele sunt:

• Calcinare
• Prăjire
• Fuziune
• Reducere metalotermică
• Rafinare

Majoritatea proceselor pirometalurgice necesită energie pentru a susține temperatura la care are loc procesul. Această energie este de obicei furnizată prin ardere sau încălzire electrică. În unele cazuri , se produce o reacție exotermă în materialul de tratat, suficient pentru a menține temperatura fără adăugarea de combustibil suplimentar sau încălzire electrică; apoi se spune că procesul este „autogen”. De exemplu, tratamentul unor sulfuri minerale exploatează exotermicitatea arderii lor.

Calcinare

Același subiect în detaliu: Calcinarea .

Calcinarea este descompunerea termică a unui material solid. Două exemple tipice sunt calcinarea carbonatului de calciu pentru obținerea varului viu (CaO) și a sulfatului de calciu dihidrat pentru a obține semințe de canar (CaSO ₄ ½H ₂ O):

_CaCO3 (s) → CaO (s) + CO ₂ (g)

CaSO ₄ 2H ₂ O ( s ) → CaSO ₄ ½H ₂ O ( s ) + 3½H ₂ O ( g )

Procesele de calcinare sunt efectuate în diferite tipuri de cuptoare, cum ar fi cuptoarele cuva , cuptoarele rotative și reactoarele cu pat fluidizat .

Prăjire

Prăjirea este tratamentul termic al unui mineral pentru a produce o reacție solid-gaz. Cel mai frecvent caz este prăjirea sulfurilor minerale. ^[1] În prezența aerului și la temperaturi ridicate, oxigenul reacționează cu sulfura minerală pentru a forma dioxid de sulf (gazos) și oxid de metal (solid). În funcție de condițiile utilizate, puteți avea produse diferite. De exemplu, sulfura de zinc tratată la temperaturi ridicate cu un exces de oxigen formează oxid de zinc :

2ZnS ( s ) + 3O ₂ ( g ) (exces) ${\displaystyle \stackrel{\text{<span class="mwe-math-element"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;">800-900 ° C</span></span>}}{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>}}${\ displaystyle {\ ce {-> [{\ text {800-900 ° C}}]}}} 2ZnO ( s ) + 2SO ₂ ( g )

în timp ce este tratat la o temperatură mai mică cu o cantitate limitată de oxigen, formează sulfat de zinc : ^[1]

ZnS ( s ) + 2O ₂ ( g ) ${\displaystyle \stackrel{\text{<span class="mwe-math-element"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;">600-700 ° C</span></span>}}{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\to </span></span>}}${\ displaystyle {\ ce {-> [{\ text {600-700 ° C}}]}}} ZnSO ₄ ( s )

Fuziune

În timpul topirii, apar reacții chimice în care cel puțin o componentă este în stare lichidă . Diversi oxizi metalici pot fi reduși prin încălzirea cu cărbune cocsificabil . Un exemplu este reducerea dioxidului de staniu , în care se formează staniu metalic în stare lichidă: ^[4]

SnO ₂ ( s ) + 2C ( s ) → Sn ( l ) + 2CO ( g )

Reducere metalotermică

Acest tip de tratament se bazează pe utilizarea unui metal puternic reducător pentru a asigura exotermicitatea reacției. Câteva exemple sunt reducerea tetraclorurii de titan în procesul Kroll și reducerea clorurii de rubidiu : ^{[1] [4]}

2Mg ( l ) + TiCl ₄ ( g ) → 2MgCl ₂ ( l ) + Ti ( s )

Ca ( l ) + 2RbCl ( l ) → CaCl ₂ ( l ) + 2Rb ( g )

Rafinare

Același subiect în detaliu: Rafinare (metalurgie) .

Procesele de rafinare pirometalurgice pot fi foarte diferite în funcție de metalul izolat și de puritatea care trebuie obținută. Există atât metode fizice (inclusiv lichidarea , topirea zonei , distilarea , filtrarea ), cât și metode chimice (de exemplu, oxidare, clorurare); acestea din urmă sunt utilizate cel mai adesea pentru a elimina impuritățile.

Notă

Bibliografie

• ( EN ) F. Habashi, Recent Trends in Extractive Metalurgie , în Journal of Mining and Metalurgie, Secțiunea B: Metalurgie , vol. 45, n. 1, 2009, pp. 1-13, DOI : 10.2298 / JMMB0901001H .
• ( EN ) J. Krüger, J. Reisener, M. Reuter și K. Richter, Metalurgie , în Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , Wiley-VCH, 2002, DOI : 10.1002 / 14356007.a16_375 .
• ( EN ) MS Silberberg și P. Amateis, Chimie: natura moleculară a materiei și schimbării , ediția a VII-a, New York, McGraw-Hill, 2015, ISBN 978-0-07-351117-7 .
• TW Swaddle, Chimie anorganică: o perspectivă industrială și de mediu , Elsevier, 1997, ISBN 0-12-678550-3 .
• Treccani, Pirometallurgìa , pe Vocabolario on line , 2017. Adus 19 septembrie 2017 .

Portalul chimiei

Portal de inginerie