Metodi di estrazione dei metalli

L’estrazione dei metalli si ottiene attraverso una serie di reazioni chimiche che portano l’elemento dal grado di ossidazione in cui si trova nel minerale al grado di ossidazione zero. La metallurgia estrattiva si basa principalmente su tre metodi:

1)      Pirometallurgia: comporta processi ad alta temperatura

2)      Idrometallurgia: il metallo è ottenuto tramite reazioni che avvengono in soluzione

3)      Elettrometallurgia: si basa sull’uso della corrente elettrica per ridurre l’elemento

La scelta del processo estrattivo dipende da vari fattori: la natura chimica del metallo, la natura e la composizione del minerale, la disponibilità di fonti energetiche o di reattivi. Il processo più diffuso è quello della pirometallurgia.

Pirometallurgia. Consiste in un processo ad alta temperatura dell’ossido dell’elemento a metallo. In genere ad alta temperatura gli ossidi metallici sono meno stabili che a temperatura ordinaria. Se si considera, infatti, l’energia libera della reazione di formazione dell’ossido dagli elementi:
M  + ½ O2 →MO

a varie temperature, si può vedere che la variazione di energia libera diminuisce all’aumentare della temperatura. La maggior parte degli ossidi, però, sono sufficientemente stabili anche ad alte temperature. Le uniche eccezioni sono rappresentate dagli ossidi di argento e di mercurio. Il mercurio metallico, si ottiene infatti, facendo decomporre l’ossido per semplice riscaldamento e successiva distillazione. Generalmente, tuttavia, la riduzione a metallo si effettua sfruttando opportuni riducenti, il più comune è il carbonio sotto forma di carbon-coke. La reazione di riduzione può essere così schematizzata:

MO + C → M + CO

In realtà il carbonio si può ossidare secondo tre reazioni diverse:

  • 2 C + O2 → 2 CO
  • C + O2 → CO2
  • 2 CO + O2 → 2 CO2

Dall’analisi della variazione di energia libera correlata a ciascuna reazione si evince che la reazione di riduzione del carbonio sull’ossido metallico, avviene, fino a 983 K, con formazione di CO2 e, al di sopra, con formazione di CO. Tali reazioni sono di particolare importanza nell’industria siderurgica, in quanto avvengono contemporaneamente alla riduzione degli ossidi di ferro nell’altoforno. Oltre al carbone si può utilizzare, come riducente un metallo, come, ad esempio, l’alluminio che è impiegato nel processo Goldschmidt per ridurre la cromite a cromo:

Cr2O3 + 2 Al → Al2O3 + 2 Cr

L’impiego di altri tipi di riducenti al posto del carbone che è di gran lunga il più economico, dipende dal fatto che taluni metalli allo stato elementare si combinano con il carbonio per formare composti chiamati carburi (ovvero composti in cui il carbonio è combinato con elementi meno elettronegativi). Molibdeno e tungsteno danno luogo a composti interstiziali del tipo M2C o MC particolarmente duri e chimicamente inerti. Per gli ossidi di molibdeno e tungsteno la riduzione a metallo viene effettuata con idrogeno.

Idrometallurgia. Alcuni sistemi di estrazione idrometallurgia si impiegano in alternativa al processo pirometallurgico in quanto meno inquinanti di quest’ultimo. In conclusione non esiste uno schema generale del processo, dovendosi adattare alle proprietà chimiche dell’elemento. Gli esempi di idrometallurgia più significativi riguardano rame, argento e oro.

I minerali auriferi e i fanghi anodici argentiferi vengono, per esempio, fatti passare in correnti d’acqua su lastre di rame amalgamate con mercurio. Il metallo greggio si ottiene alla fine allontanando il mercurio per distillazione. Le code del processo di amalgamazione contengono ancora notevoli quantità del metallo nobile, perciò vengono trattate con ione cianuro CN e ossigeno per portare in soluzione l’oro o l’argento, secondo la reazione:

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Author: Chimicamo

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