Columna Ciencia y Tecnología

La piedra, el rayo y el metal; electrorrecuperación metálica

La producción de metales a partir de los minerales de la tierra es una de las prácticas humanas más antiguas. Se remonta a más de 9,000 años en la historia, con las primeras fundiciones de cobre y plomo en la península turca de Anatolia y hierro hace aproximadamente 5,000 años.

Si dejamos un trozo de fierro a la intemperie, reaccionará con el oxígeno y se oxidará. Con el paso del tiempo observaremos que el trozo de metal se ha convertido en una mancha en la tierra de color rojizo y que no es otra cosa que óxido de hierro.

Los metales en su forma mineral se encuentran unidos con diferentes elementos presentes en la naturaleza como; azufre, llamados sulfuros, productos de procesos volcánicos y son muy importantes en la extracción de metales, y los óxidos metálicos producto de la reacción con oxígeno de la atmosfera. Estos a su vez, reaccionan con el ambiente para formar sales con tres, cuatro o más elementos llamadas sales ternarias, cuaternarias y mixtas. Que se producen al reaccionar las sales binarias como aquellas de azufre u oxígeno con otros elementos en el medio acuoso de lagos o mares y que al evaporarse el agua se forman minas de sulfatos, carbonatos u hidróxidos de diferentes metales.

Así, la formación de los minerales por combinación de los elementos se llevan a cabo espontáneamente y en condiciones ambientales. Sin embargo, para realizar el proceso inverso, es decir, separar los elementos del mineral para recuperar el metal se requiere invertir energía. Como puede ser aplicando calor, que elimina algunos componentes en forma de gases como oxígeno, carbono o azufre, y recuperar los metales fundidos. Otra forma es aplicando energía eléctrica en baños acuosos de los minerales y recuperando el metal electrodepositado.

Este proceso de recuperación metálica electrolítica se conoce desde principios de 1800, siendo los primeros metales recuperados el sodio y el cobre. En la actualidad se emplean sistemas más sofisticados que mejoran la calidad y cantidad del metal recuperado.

Al mezclar algunos minerales en agua se lleva a cabo la reacción de ionización, donde los componentes del mineral se solubilizan en agua y forman elementos con cargas positivas y negativas, llamados iones. Los metales unidos en los minerales se separan para formar un ión llamado catión, y al separarse queda con carga positiva ya que cede algunos de sus electrones al elemento denominado anión que acepta los electrones y se carga negativamente.

El objetivo es hacer que el metal de interés en forma de catión recupere sus electrones y se transforme en un metal sólido. Por lo que, durante el proceso electrolítico, se utiliza una celda electrolítica que contiene una membrana que separa la celda en dos cámaras y evita que se mezclen dos disoluciones electrolíticas colocadas en cada cámara, catolito y anolito. Estos electrolitos son mezclas de sales en agua que le confieren la conductividad eléctrica y además de no reaccionar a ciertos intervalos de electricidad. En el anolito se sumerge una lámina de algún metal usado como electrodo, que no reaccione a los mismos intervalos de corriente y es conocido como ánodo. El catolito contiene al mineral que contiene el metal en forma de catión y que se quiere recuperar sólido sobre una lámina sumergida en el catolito se conoce como cátodo.

Los electrodos conectados a una fuente de corriente eléctrica genera la circulación de electrones; hacia y desde los electrodos. Los electrones enviados al cátodo provocan que se cargue negativamente debido a la abundancia de electrones y que estén disponibles para que los iones del metal recuperen sus electrones perdidos y se conviertan en un metal sólido que se deposita sobre el cátodo.

Por lo que, este proceso permite la recuperación de metales de gran demanda en la industria como cobre o manganeso. Presenta ventajas sobre otros métodos ya que el rendimiento energético de la electricidad es elevado, es una energía fácil de generar, alta pureza metálica, genera pocos residuos químicos y bajas emisiones atmosféricas. Por lo que, es uno de los principales métodos a nivel internacional de la metalurgia extractiva.

 

Dr. José Ángel Cobos Murcia

Investigador de la UAEH