Calcinazione e arrostimento: processi

I processi di arrostimento e di calcinazione costituiscono una delle fasi in campo metallurgico per ottenere gli ossidi metalli contenuti nelle rocce che, per successiva riduzione, danno luogo al metallo puro.

La maggior parte dei metalli, ad eccezione di Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir e Os, si trova in natura sotto forma di composti inorganici e sono contenuti nei minerali prevalentemente sotto forma di ossidi, di carbonati e di solfuri.

Processo di calcinazione

Nel processo di calcinazione la roccia subisce un pretrattamento termico e viene riscaldata in assenza di aria al fine di allontanare i componenti volatili e di indurre reazioni di decomposizione con produzione di anidride carbonica.

Un esempio tipico di decomposizione termica che avviene in un processo di calcinazione è quello del carbonato di calcio:

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

Nel caso del triossido di bialluminio triidrato alla temperatura di circa 1200 °C avvengono le seguenti reazioni:

Al2O3 · 3 H2O → Al2O3 · H2O → γAl2O3 (70%) + α Al2O3 (30%)

Un altro esempio di processo di calcinazione è costituito dall’allontanamento di acqua dalla limonite che avviene a circa 800 °C:

2 Fe2O3 · 3 H2O → 2 Fe2O3 + 3 H2O

I carbonati di magnesio, manganese (II) e ferro (II) si decompongono alla temperatura di 417°C, 377 °C e 400 °C rispettivamente per dare i rispettivi ossidi mentre i carbonati di rame e piombo si decompongono ad una temperatura inferiore ai 500 °C.

Processo di arrostimento

Il processo di arrostimento, invece, viene fatto per trasformare i solfuri minerali nei rispettivi ossidi per trattamento ad alta temperatura in eccesso di aria con svolgimento di anidride solforosa. Tali trattamenti vengono effettuati in quanto alcuni metalli abbastanza reattivi, quali ferro, zinco, piombo, rame ecc. si trovano nelle rocce sotto forma di carbonati e di solfuri . La formazione degli ossidi metallici consente, dopo una reazione di riduzione, di ottenere il metallo.

Ad esempio il solfuro di zinco contenuto nella blenda è trasformato in ossido per arrostimento secondo la reazione che avviene a 900 °C:

2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

La preparazione del triossido di biarsenico e dell’arsenico per successiva riduzione, è basata sull’arrostimento della arsenopirite FeAsS e condensazione a 100-200 °C del triossido di biarsenico:

2 FeAsS + 5 O2 → Fe2O3 + As2O3 + 2 SO2

La preparazione del mercurio è basata sull’arrostimento del cinabro HgS in forni speciali alla temperatura di 580 °C e contemporanea distillazione del mercurio prodotto:

HgS + O2 →SO2 + Hg

L’estrazione del piombo per via secca è basata sull’arrostimento della galena PbS. Il solfuro di piombo è trasformato in ossido per arrostimento all’aria:

2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2

Con minerali ricchi di galena si può effettuare contemporaneamente l’arrostimento e la fusione del minerale: il solfuro di piombo viene arrostito in modo da ossidarlo solo parzialmente all’aria formando così ossido e solfato:

2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO  

PbS + 2 O2 → 2  PbSO 

e lasciando inalterato tanto solfuro di piombo in modo da completare la successiva reazione di riduzione:

PbS + PbSO4 → 2 Pb + 2 SO2

PbS + 2 PbO → 3 Pb + SO2

 

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