Procesos Metalurgicos

METALURGIA

La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión. Además de relacionarse con la industria metalúrgica.

Procesos metalúrgicos.

Los procesos metalúrgicos comprenden las siguientes fases:

• Obtención del metal a partir del mineral que lo contiene en estado natural, separándolo de la ganga;

• El afino, enriquecimiento o purificación: eliminación de las impurezas que quedan en el metal;

Elaboración de aleaciones;

1. Otros tratamientos del metal para facilitar su uso.

• Operaciones básicas de obtención de metales:

• Operaciones físicas: triturado, molienda, filtrado (a presión o al vacío), centrifugado, decantado, flotación, disolución, destilación, secado, precipitación física.

• Operaciones químicas: tostación, oxidación, reducción, hidrometalurgia, electrólisis, hidrólisis, lixiviación mediante reacciones ácido-base, precipitación química, electrodeposición y cianuración.

Metalurgia extractiva

Área de la metalurgia en donde se estudian y aplican operaciones y procesos para el tratamiento de minerales o materiales que contengan una especie útil (oro, plata, cobre, etc.), dependiendo el producto que se quiera obtener, se realizarán distintos métodos de tratamiento.

Objetivos de la metalurgia extractiva

a) Utilizar procesos y operaciones simples;

b) Alcanzar la mayor eficiencia posible;

c) Obtener altas recuperaciones (especie de valor en productos de máxima pureza);

d) No causar daño al medio ambiente.

Etapas de la metalurgia extractiva

1. Transporte y almacenamiento;

2. Conminución;

3. Clasificación;

4. Separación del metal de la ganga;

5. Purificación y refinación.

6. Metalurgia mecánica.

La metalurgia mecánica es una disciplina que se dedica al estudio y comprensión de los fenómenos de esfuerzo y deformación de los cuerpos metálicos sólidos. Sus principios y teorías son empleados para el diseño, procesamiento y evaluación de metales.

La metalurgia física se encarga del estudio de las propiedades físicas y mecánicas de los metales o aleaciones y su dependencia con la composición química, procesamiento mecánico o termo mecánico y tratamiento térmico.

Estas tres variaciones determinan de manera conjunta de la estructura cristalina, durante las diferentes etapas del procesamiento de los metales.

Es por ello que la estructura es la característica más importante que determina la funcionalidad de cualquier material ingenieril y su efecto final sobre las propiedades físicas y mecánicas.

El curso se enfoca al estudio de la estructura cristalina, se revisan los fundamentos de la cristalografía de los metales, las técnicas para su estudio y caracterización, las imperfecciones cristalinas, las transformaciones de fase y se emplean los diagramas de fase binarios y ternarios como herramienta para la predicción de la micro estructura final.

El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 ac.

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Megnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café) 60 – 65% de hierro

La mena café es la mejor para la producción de hierro, existen grandes yacimientos de este mineral en Estados Unidos y en Suecia. En todo el mundo se pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no es utilizable por su gran contenido de azufre.

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

1. Mineral de hierro

2. Coque

3. Piedra caliza

4. Aire

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales

PRODUCCIÓN DE ARRABIO: ALTO HORNO

El arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los materiales básicos empleados son Mineral de Hierro, Coque y Caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. Ver vaciado de Arrabio en Planta de CSH

La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

ALTO HORNO

Es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte

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