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Minería parte 2 - Monografía



 
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TIPOS DE HORNOS USADOS EN FUNDICION:



1)El cubilote de fundición.
2)Los hornos de reversos.
3)Hornos rotatorios.
4)Hornos de crisol.
5)Hornos de crisol de tipo sosa.
6)Hornos basculantes.
7)Hornos de aire.
8)Hornos eléctricos. Pueden ser de acero o de inducción.

Convertidores:

no es fundamentalmente un horno de fusión, aun cuando se use en la producción de acero para manufactura de vaciado.

PUNTO DE FUSION APROX. DE LOS METALES:


Los metales se funden a diferentes temperaturas.

La tabla siguiente muestra los puntos de fusión de los metales mas comunes.

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HERRAMIENTAS, EQUIPOS Y MEDIOS AUXILIARES PARA LA FUNDICION:



Durante la ejecución de los diversos trabajos que el obrero moldeador o fundidor realiza en la fabrica, sean artesanales o con algún desarrollo, es necesario utilizar distintos tipos de herramientas manuales para formar los moldes.

Tipos de herramientas:



- palas
- picos y horquillas
- reglas
- agujas de ventilar
- paletas de alisar
- alisadores
- espátulas
- puntas o extractores de moldeo
- martillos y macetas
- mordaza o presillas

EQUIPOS DE MOLDEO



Bajo el nombre de equipos de moldeo se designan a todos los tipos de herramientas y medios que dispone el taller de moldeo, fundición o fabrica para realizar diferentes trabajos.

- pisones o atacadores
- pisones neumáticos.


Medios auxiliares:



- cribas atomices
- pulverizadores
- fuelle de mano
- estuches para herramientas.


VACIADOS DE LINGOTES



Cuando debe producirse un metal en forma forjado?, primero se vacía como un lingote de forma y tamaño adecuados para su proceso en la planta de que se disponga. Aun cuando el acero se vacía en lingotes de sección aproximadamente cuadrada las aleaciones no ferrosas frecuentemente se vacían como placas planas, que se lamina para formar cinta o laminas, barras para la producción de alambre, y bilets cilindros para extruir secciones.


Vaciado de lingotes de acero:

cuando la carga de un horno productor esta lista se vacía en una cuchara llenadora que ha sido llevada a la plataforma de llenado por medio de una grúa viajera eléctrica. la cuchara es un recipiente de acero cubierto con refractario y equipada con un muñón en cada lado, que sirven para levantarla con el objeto de que la escoria que flota en la superficie del acero fundido no entre a los lingotes , la carga vacía por el fondo de la cuchara.

Cuando ha sido vertido el acero fundido en la cuchara puede dosificarse con ferromagnesio, ferrosilicio o aluminio, entonces se le permite reposar por un tiempo para que la escoria y otros materiales no metálicos floten en la superficie, después de lo cual es vaciado a moldes para lingotes.


Tipos de lingotes de acero:



- colmado
- semicolmado
- efervescente.

Defectos de los lingotes de acero:



Los defectos que comúnmente se encuentran en los lingotes de acero se pueden clasificar en dos grupos principales:

a)los que ocurren interiormente
b)los que se manifiestan sobre o muy cerca de la superficie.

Otras fallas son el resultado de una mala operación y pueden ser eliminadas completamente corrigiendo errores en los procesos de fundido o de vaciado.

TRATAMIENTOS TERMICOS



Los tratamientos térmicos son combinaciones de calentamiento y enfriamientos a tiempos determinados aplicados a un metal o aleación en estado sólido con el fin de modificar propiedades de acuerdo a las condiciones de uso. Los tratamientos térmicos tienen como objetivo el estudio del efecto de la composición, temperatura, tamaño de grano y atmósfera del horno de calentamiento, sobre la microestructura y dureza de los aceros.
Todos los procesos básicos de tratamientos térmicos para los aceros incluyen la transformación o descomposición de la austenita. La naturaleza y la apariencia de estos productos de transformación determinan las propiedades físicas y mecánicas de cualquier acero.
El primer paso en el tratamiento térmico del acero es calentar el material a alguna temperatura en o por encima del intervalo crítico para formar austenita. En la mayoría de los casos, la rapidez de calentamiento a la temperatura deseada es menos importante que otros factores en el ciclo de tratamiento térmico. Los materiales altamente forzados producidos por trabajado en frío deben calentarse mas lentamente que los que se haya libres de esfuerzos para evitar distorsión. Se puede considerar la diferencia en temperatura que tiene lugar dentro de las secciones gruesas y delgadas de artículos de sección transversal variable y, siempre que sea posible, se debe tomar alguna medida para ser más lento el calentamiento de las secciones más delgadas, de tal modo que sea posible minimizar el esfuerzo térmico y distorsión. Por lo general se hará menos daño al acero al utilizar una rapidez de calentamiento tan lenta como sea práctico.
Primero, definiremos lo que es Temple y Revenido. Ambos son tratamientos térmicos en aceros, el Temple es un calentamiento desde la zona austenítica, (no se puede templar aceros con bajo contenido carbono < 0.15% C ), y seguido de un enfriamiento acelerado, la velocidad de enfriamiento depende del tipo de acero y depende del medio refrigerante. La alta velocidad de enfriamiento no permite la difusión del carbono, para formar ya sea ferrita o ferrita más carburo o también carburo proeutectoide, lo que implica que no hay tiempo para la transformación de austenita ferrita o austenita a cementita. Entonces se forma una estructura tetragonal sobre saturada en carbono, por lo tanto el carbono queda atrapado en esta estructura tetragonal centrada en el cuerpo llamada Martensita.

Microscópicamente la martensita aparece de forma acicular y las características de esta transformación son:

- Esta transformación es adifucional, hubo un cambio, pero no hubo difusión que implica sin cambio de en la composición química.
- La transformación es atérmica, quiere decir, que opera o prosigue solo si la temperatura desciende.
- La variación de la temperatura de inicio Ms esta fuertemente influenciada por el contenido de carbono.
- La propiedad más importante es dureza, la cual también se ve afectada por el contenido de carbono.

El Revenido es un tratamiento que se aplica luego de un temple, ya que los aceros suelen quedar demasiado duros y frágiles para los usos que van a ser destinados. Estos inconvenientes se corrigen con un revenido, que es un tratamiento que consiste en calentar el acero a una temperatura más baja que su temperatura crítica inferior, enfriándolo luego generalmente al aire y otras veces en aceite o agua, según la composición.

En la condición martensítica sin tratamiento térmico anterior, el acero es demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones. La formación de martensita origina grandes tensiones residuales en el acero; por tanto, el endurecimiento casi siempre sigue de un tratamiento de revenido, el cual consiste en calentar el acero a alguna temperatura menor que la inferior crítica. El propósito del revenido es liberar los esfuerzos residuales y mejorar la ductilidad y tenacidad del acero. Este aumento en ductilidad generalmente se obtiene a costa de la dureza o de la resistencia.
En general, sobre el amplio intervalo de temperaturas de revenido, la dureza disminuye y la tenacidad aumenta conforme se incrementa la temperatura de revenido
El intervalo de revenido de 400 a 800°F es una línea divisoria entre las aplicaciones que requieren alta dureza y aquellas que requieren alta tenacidad. Si la principal propiedad deseada es la dureza o la resistencia al desgaste, la pieza se reviene por debajo de 400º ; si el principal requisito es la tenacidad la pieza se reviene por arriba de 800ºF

El objetivo del revenido no es eliminar los efectos del temple sino modificarlos, disminuyendo la dureza y resistencia, aumentando la tenacidad y eliminando también las tensiones internas que tiene los aceros templados. Para comprender el fundamento de este tratamiento, es interesante estudiar el efecto que ejerce sobre las propiedades mecánicas de los aceros.

Todos los procesos de tratamientos térmicos para aceros incluyen la transformación de la austenita. Los tratamientos térmicos tienen como objetivo mejorar las propiedades de los aceros, y consiste en calentar y mantener las piezas a temperaturas adecuadas, durante un cierto tiempo, para luego enfriarlas en condiciones convenientes. Por ello el tiempo y temperatura son los factores principales.

Por lo antes mencionado, para realizar un tratamiento térmico se debe tener en cuenta que según el uso de la pieza a tratar es el tratamiento a efectuar. Luego para una buena realización, existen tres condiciones generales:

- Materiales sometidos a esfuerzos para trabajado en frío deben calentarse levemente para evitar distorsiones o agrietamientos.
- Materiales de sección gruesa o variable deben calentarse lentamente, para evitar distorsiones.
- Materiales de secciones gruesas deben mantenerse más tiempo a temperatura para lograr una buena homogeneidad térmica.

Como los tratamientos térmicos mencionados son aplicados a tipos de aceros, es necesario describir el sistema de equilibrio del diagrama Hierro-Carbono.

Las aleaciones de hierro y carbono que tienen desde una pequeña cantidad (aproximadamente un 0.03%) a un 1.2% de carbono, y de un 0.25 a un 1% de manganeso y menores cantidades de elementos reciben la denominación de aceros ordinarios al carbono o de bajo carbono.

En el diagrama de fases que luego se adjunta se puede apreciar las fases presentes en las aleaciones hierro carbono enfriadas muy lentamente a varias temperaturas y composiciones de hierro con carbono hasta del 6.67%. Este diagrama de fases no es un diagrama verdadero, puesto que el compuesto carburo de hierro que se forma no es verdadero fase de equilibrio. En ciertas condiciones, la cementita o Fe3C, puede descomponerse en las fases más estables del hierro y en carbono (grafito). Sin embargo en la mayor parte de las condiciones, la cementita es muy estable, y por tanto, será tratado como una fase de equilibrio.

El diagrama de fases Fe-Fe3C contiene las siguientes fases sólidas: ferrita , austenita, cementita, y ferrita.

- Ferrita :

esta fase es una solución sólida de carbono en la red cristalina de hierro BCC. Como se indica en el diagrama de fases, es muy poco soluble en ferrita alcanzando la máxima solubilidad sólida, de un 0,02% a 723ºC. La solubilidad del carbono en ferrita disminuye a un 0.005% a 0ºC.

- Austenita (?) :

la solución sólida intersticial de carbono en hierro se llama austenita. La austenita tiene estructura cristalina FCC y mucha mayor solubilidad sólida para el carbono que la ferrita. La máxima solubilidad del carbono en austenita es de 2.08% a 1148ºC y disminuye a 0.8% a 723ºC.

- Cementita :

el compuesto intermetálico Fe3C se llama cementita. Tiene límites despreciables de solubilidad y una composición del 6.67% en carbono y 93.3% en hierro. Es un compuesto duro y quebradizo.

- Ferrita (?) :

la solución sólida intersticial de carbono en hierro se llama ferrita. Tiene estructura cristalina BCC como la ferrita (?), pero con una constante de red mayor. La máxima solubilidad del carbono en ferrita es de 0.09% a 1465ºC.

Ahora se estudiara la reacción eutectoide, la cual en el punto eutectoide la austenita sólida de 0.8% de carbono produce ferrita con 0.02% de carbono y Fe3C que contiene 6.67% de carbono. Esta reacción, que ocurre a 723ºC, se puede escribir del siguiente modo:

AUSTENITA(0.8%C) ——– FERRITA(?)(0.02%C) + Fe3C(6,67%C) 723ºC

Esta reacción eutectoide, que tiene lugar completamente en estado sólido, es importante para algunos tratamientos térmicos de aceros de bajo carbono. Un acero que contiene un 0.8% se denomina acero eutectoide, puesto que se forma una estructura eutectoide de ferrita y Fe3C cuando se enfría lentamente la austenita de esta composición por debajo de esta temperatura eutectoide. Si un acero contiene menos de un 0.8% de carbono, recibe el nombre de acero hipoeutectoide, y si contiene más del 0.8% se llama hipereutectoide.

Los microconstituyentes de equilibrio del acero son ferrita y perlita, siendo este último una combinación de las fases ferrita y cementita con una morfología de placas alternadas de cada una de las fases. El grosor de las placas depende de la velocidad de enfriamiento, siendo más finas para velocidades de enfriamiento más rápidas. La perlita para velocidades de enfriamiento lentas es más basta, ya que las placas tienen más tiempo para crecer. En cambio a velocidades de enfriamiento más rápidas no pueden crecer demasiado debido a que el subenfriamiento es más grande, formándose muchos núcleos, los cuales entorpecen entre sí al crecer.

EL HIERRO :



QUÍMICA :



El hierro es el elemento químico de número atómico 26 y peso atómico Fe =55.85. Es un sólido grisáceo de densidad 7.85 que funde hacia 1530º C y hierve más allá de 3200º C. Antes de fundir se ablanda y se vuelve pastoso, lo cual permite labrarlo. Es dúctil, maleable, duro, y el más tenaz de los metales corrientes. Es también el principal de los metales magnéticos. Sin embargo, el aire húmedo ataca lentamente, formando herrumbre, óxido férrico hidratado. Como esta herrumbre es porosa, la corrosión profundiza y prosigue hasta la destrucción total del metal ; por lo tanto, es indispensable protegerlo para su uso.

MINERALES DE LOS CUALES SE EXTRAE :



El hierro es extraído de varios minerales entre ellos la pirita, la magnetita, la hematites y la siderita.
La pirita : Son agregados granulares o fibrosoradiados, informe y en masas compactas. Tiene un brillo metálico y raya de color negro verdoso. Es frágil y opaca. Además es muy poco magnética. Es del grupo de los sulfuros. En España hay yacimientos en Riotinto, Huelva , en Almadén, Ciudad Real y en la Rioja. También sirve para la obtención del ácido sulfúrico y sus sales.

LA MAGNETITA :



Ésta es una masa compacta de grano grueso o fino, granos sueltos, agregados hojosos y también en cristales aislados o agrupados. En España hay bastantes yacimientos, como los de Cabo de Gata y Sierra Almagrera en Almería, El Pedroso en Sevilla, o el Figueró en Barcelona.

LA HEMATITES:



Es normalmente terrosa. Se puede presentar en forma de cristales implantados, incluidos o agrupados en rosetas ( rosas de hierro ). Es del grupo de los óxidos. En España lo podemos encontrar en : Somorrostro, Vizcaya, en Hiendelaencina, Guadalajara y El Pedroso, en Sevilla. También podemos encontrar yacimientos en Sierra Almagrera, Almería, Jumilla, Murcia o Vall de Ribes, en Girona.

LA SIDERITA :



Es una masa compacta espática de grano grueso o fino. Es del grupo de los carbonatos. En Catalunya la encontramos en Sant Llorenç de la Muga, Costabona y Bossot.


HISTORIA DE LA METALURGIA DEL HIERRO :


En la prehistoria, el hierro se obtenía directamente del mineral, reduciéndolo en hornos bajos mediante carbón vegetal. El metal se obtenía en estado pastoso, y la escoria debía eliminarse en la forja. Durante la antigüedad y hasta la edad media, el procedimiento de obtención del hierro continuó siendo fundamentalmente el mismo : se utilizaba los hornos de cuba, la forja catalana y los hornos bajos. En el siglo XIV aparecieron los primeros hornos continuos para la producción de fundición líquida, que pueden considerarse los antecesores de los modernos altos hornos. El gran consumo de carbón vegetal en los procedimientos metalúrgicos, que dañaba considerablemente la riqueza forestal, hizo que los gobiernos de muchos países impusieran medidas restrictivas a su uso. Entonces el carbón vegetal fue sustituido por el carbón mineral, y, posteriormente, cuando se conoció su destilación, por el coque, 1735. A finales del siglo XVIII, el procedimiento del pudelado permitió la fabricación de hierro puro. En el siglo XX, este procedimiento ha sido sustituido gradualmente por los modernos procedimientos de fabricación de acero

CLASIFICACIÓN Y OBTENCIÓN DE LOS HIERROS INDUSTRIALES :



Los tipos de hierro utilizados industrialmente se clasifican según su modo de producción.

1. HIERRO PUDELADO :



Se obtiene por oxidación del arrabio líquido, con ayuda de una escoria ferruginosa, en el suelo de un horno de reverbero. Debido a la combustión del carbono, el hierro se presenta en estado pastoso, en forma de zamarras, que deben ser batidas para eliminar la escoria. Este procedimiento ha sido abandonado desde hace años.

2. HIERRO FORJADO:



Se elabora, partiendo de minerales muy puros, por vía pastosa, y se trabaja por forja o laminación. El hierro de Suecia, obtenido de la fundición blanca, se utiliza como materia prima para la confección de aceros finos.

3. HIERRO DULCE :


Este tipo de hierro se confunde con el acero extradulce, con un porcentaje de carbono inferior al 0.05 %. Se obtiene por los procedimientos clásicos de elaboración de acero : hornos Martin, Thomas o eléctrico.

4. HIERRO ARMCO :



Está caracterizado por su alta pureza, sus propiedades magnéticas y su satisfactoria resistencia a la corrosión ; se obtiene por procedimientos especiales de afinado en el horno Martin y el horno eléctrico .

5. HIERRO ELECTROLÍTICO :



Se obtiene por electrólisis de cloruro ferroso con ánodo soluble de acero o fundición. Esta clase de hierro, de alta pureza, pero frágil debido a los gases que contiene, hidrógeno principalmente, es muy apreciado por sus propiedades magnéticas.

6. HIERRO ALUMINOTÉRMICO :



Se forma con la reacción exotérmica del óxido de hierro y el polvo de aluminio

7. HIERRO CARBONILO :


Este hierro, de alta pureza, preparado en forma de polvo muy fino por descomposición del pentacarbonillo de hierro gaseoso, se emplea en cantidades limitadas, en pluviometalurgia, para la fabricación de piezas de elevadas características mecánicas.

8. HIERRO REDUCIDO :



Se obtiene en estado de polvo por reducción de óxidos, minerales o virutas, en un medio gaseoso reducto (hidrógeno, óxido de carbono). Un procedimiento nuevo, de origen norteamericano - iron process -, permite la obtención directa del hierro, por reducción y pulverización del mineral fundido en un medio reductor.

PRODUCCIÓN :



Los yacimientos españoles de mineral de hierro se concentran principalmente en Vizcaya, Granada y León y han alimentado a una industria siderometalúrgica que se encontraba especialmente en el País Vasco y en Asturias. Esta industria ya no produce tanto como antes debido a las reconversiones industriales. La gran mayoría de los países, altamente industrializados, tienden a depender de manera creciente, de las importaciones de países no desindutrializados, para proveerse de mineral de hierro.

EL COBRE :



QUÍMICA :



El cobre es el elemento químico de número atómico 29 y de masa atómica Cu = 63.54. es un metal de color rojo que cristaliza en el sistema cúbico. Tiene por densidad 8.9 y funde a 1084º C. Entre los metales industriales, es el mejor conductor del calor y de la electricidad. Es de dureza media, muy maleable y dúctil. Se puede oxidar si está en un ambiente frío, o con ácidos.

MINERALES DE COBRE :



Los minerales de cobre explotados para la obtención de metal se clasifican en tres categorías :

1. MINERALES DE COBRE NATIVO :



Sus principales yacimientos actualmente explotados se encuentran en E.U.A., cerca del lago Superior, y contienen aproximadamente un 1% de cobre puro. En Bolivia también hay yacimientos de cobre nativo, rico en cobre puro.

2. MINERALES OXIDADOS :



Este tipo de mineral se utiliza muy poco. Los principales minerales son : cuprita ( óxido rojo ), mela-conita ( óxido negro ), malaquita ( carbonato verde hidratado ), azurita ( carbonato azul hidratado ), crisocola ( silicato hidra-tado ), y atacamita ( oxicloruro hidratado ) y se encuentran en E.U.A., Chile, Rhodesia y Extremo oriente.

3. MINERALES SULFURADOS :



Estos son los más utilizados. El principal es la calcopirita o pirita cuprosa, cuyo contenido de cobre llega por lo general al 4%. Los demás minerales sulfurados explotados son la calcosina, la tetraedrita, la bornita y la energita. Estos minerales se explotan en E.U.A., Japón, Rusia y, a escala más limitada, en Alemania y España.


METALURGIA DEL COBRE :



Según su naturaleza y la riqueza de los minerales, el cobre es tratado de una manera diferente:

1. TRATAMIENTO DE LOS MINERALES SULFURADOS :



El método consiste en separar el hierro del cobre por vía seca, utilizando por una parte la gran afinidad del cobre para el azufre y, por otra, la del hierro para el oxígeno. El mineral enriquecido por flotación, sufre sucesivamente : a) Una tostación oxidante parcial, que transforma en óxido parte del sulfuro de hierro. b) Una fusión escorificante en horno de reverbero en contacto con sílice, que permite eliminar hierro en forma de escoria silícea. Queda una mata ( capa separada por diferencia de densidad ) enriquecida en un 40 % de cobre aproximadamente . c) Una conversión permite separar totalmente el sulfuro del hierro de la mata para obtener el cobre bruto. Esta última operación se efectúa en dos fases : primeramente la corriente de aire oxida el hierro remanente, que se escorifica en contacto con la sílice y es separado de la mata que tiene una riqueza de un 80% de cobre. En la segunda fase la oxidación de la mata se prosigue con formación de óxido y de sulfuro de cobre. En este momento ambos productos reaccionan mutuamente con desprendimiento de anhídrido sulfuroso y formación de cobre bruto.

2. TRATAMIENTO DE LOS MINERALES OXIDADOS:



El método por vía seca se practica en horno de cuba ( water-jacket ), por reducción del mineral fundido en presencia de carbono ; la adición de fundente permite eliminar la ganga del mineral en forma de escoria. Existe un método por vía húmeda, poco empleado, análogo al utilizado para los minerales sulfurados.

3. AFINADO DEL COBRE BRUTO ( COBRE BLISTER ):


Este afinado tiene la doble ventaja de obtener cobre puro y recuperar impurezas de interés, tales como el oro , plata, bismuto, etc. El afinado por vía seca en horno de reverbero permite , al oxidar gran parte de las impurezas y obtener cobre que contiene pro lo menos un 99.5% de mineral puro.


4. AFINADO ELECTROLITO :


Permite obtener cobre de pureza superior al 99.5%. El cobre bruto colado en ánodos en forma de placas, es electrolizado en una solución de sulfato de cobre ácido. El cobre puro se deposita en los cátodos que posteriormente son refundidos para constituir lingotes.

HISTORIA DEL COBRE :



El uso mas antiguo del cobre se remonta al imperio egipcio del 5000 al 4500 A.C., su uso fue en principio ornamental, posteriormente se fabricaron con él pequeños objetos( agujas, tijeras, anillos etc.). Alrededor del 4000 3500 A.C. apareció el cobre forjado y moldeado, pero no se extendió a Mesopotamia del Norte, hasta el 3000 A.C., donde el cobre fundido empezó a sustituir al cobre forjado. Durante el tercer milenio A.C., el uso de este metal se extendió a las regiones del Mediterráneo oriental y a la desembocadura del Danubio. Entre 2500 y 2000 apareció en Europa Central y Occidental, y fue llevado a Italia y España por navegantes, y a Bohemia y Baviera por los pueblos de las estepas. Posteriormente, se empleo, principalmente, bajo la forma de aleaciones, para confeccionar armas, herramientas, joyas, adornos, objetos domésticos, estatuas, etc. El cobre se encuentra después en el bronce antiguo. Durante la edad media, los centros principales de extracción de cobre fueron las minas alemanas de Rammelsber y Mansfeld ; sin embargo, su producción fue sobrepasada por las minas de Cornualles y, a principios del siglo XIX, por las minas españolas de Riotinto. A partir de la segunda mitad del siglo XIX, el intenso desarrollo de las minas de Chile, Canadá, y mas tarde E.U.A. y el Congo eclipso las explotaciones europeas.

PRODUCCIÓN :


Actualmente la mayor producción mundial de minerales de cobre, corresponde a E.U.A., gracias a las minas de Arizona, Utah, Nuevo México y Montana cuyas reservas son considerables. Les siguen inmediatamente Rusia cuya producción aumenta de un modo regular, así como Chile, Canadá , Zambia y Zaire. Los mayores productores de este mineral, son igualmente los primeros suministradores de fundición, puesto que la transformación de mineral, se realiza en el mismo lugar de su extracción.

EL ALUMINIO :



QUÍMICA :



El aluminio es el elemento químico de número atómico 13 y de masa atómica Al = 26.9815. Es un metal blanco, brillante y de densidad 2.7. Su punto de fusión es de 660º C y el de ebullición 2056º C. Su resistividad eléctrica es de 2.63 ohmios. En estado puro es blando y muy maleable. Aunque es muy oxidable no se altera en el aire ni se descompone en el agua ya que queda protegido por una delgada capa alúmina amorfa. Arde en el oxígeno y en el cloro.


HISTORIA Y UTILIZACIÓN :


Es un mineral descubierto en el siglo XIX. Fue aislado por primera vez por Wöhler en 1827 tratando cloruro de aluminio con potasio. Su fabricación industrial se inició en 1854, gracias a Sainte-Claire Deville ; su metalurgia por electrólisis la consiguieron simultáneamente, en 1886, el francés Héroult y el norteamericano Hall. Actualmente es el metal más utilizado junto al hierro. La industria aeronáutica debe su desarrollo a las aleaciones ligeras, así como, los progresos realizados por la industria del aluminio se deben en gran parte a los trabajos consagrados a mejorar el rendimiento de los aviones.

La industria del automóvil es la que más utiliza el aluminio a causa de su ligereza(pistones, cárteres, puente posterior y carrocería), de su buena conducción térmica (bloques y culatas) y de sus posibilidades decorativas (rejillas, cercos de faros, empuñaduras). La industria eléctrica hace gran uso del aluminio, cuya conductibilidad es igual al 62% de la del cobre, con una densidad tres veces menor, así , un conductor de aluminio es dos veces mas ligero y menos costoso que un conductor equivalente de cobre. Se hacen con aluminio todas las líneas aéreas, barras de conexión, cables aislados, bobinados, etc. También se usa en lugar del plomo para enfundado de cables armados. El aluminio es un excelente material de envoltura por su inocuidad, impermeabilidad y opacidad a los rayos ultravioletas.

METALURGIA DEL ALUMINIO :



La metalurgia actual del aluminio se basa en la reducción electrolítica de la alumina obtenida a partir de la bauxita. La alúmina disuelta en la criolita fundida se somete, a alta temperatura, a la acción de una corriente eléctrica continua, descomponiéndose en aluminio y oxígeno. Prácticamente, se produce un depósito de aluminio fundido en el fondo de la cuba ( cátodo ) y un desprendimiento de oxígeno en el ánodo de carbón que se oxida. Los gases liberados se componen de óxido de carbono y anhídrido carbónico. La operación se efectúa en una cuba rectangular de hierro revestida interiormente con briquetas de carbono precocidas ( antracita ). La corriente es conducida por numerosas barras de hierro soldadas a los bloques del fondo que sirven de cátodo. Se pueden emplear ánodos precocidos , constituidos por bloques o briquetas de coque de petróleo, aglomerados con alquitrán, prensados y recogidos a 1200ºC, o bien ánodos continuos Söderberg. La intensidad de la corriente alcanza ordinariamente 100´000 amperios a una tensión media de 4.9 voltios. La temperatura se mantiene por efecto Joule entre 950 y 1000ºC. El aluminio así obtenido tiene una pureza de 99.5 a 99.8%. Se elabora el aluminio refinado de 99.99% de pureza mediante afinado electrolítico.
Roca de la cual se extrae el aluminio, la bauxita : Es una roca por lo general blanda que puede rayarse con el corta plumas. Es de color amarillento, aunque a veces se presenta en colores rojizos o oscuros debido al hierro. Antes de la segunda guerra mundial, no se conocían los yacimientos más importantes en la actualidad. En 1974 Australia y Jamaica eran los primeros productores mundiales, seguidos de Surinam, Guinea, Rusia y Guayana.

AGLOMERACIÓN



Es el efecto producido por la acción de un aglomerante, que provoca la reunión de una o más partículas. Los aglomerantes pueden ser sustancias químicas o condiciones extremas de estado; que causan efectos físicos como la cohesión u adhesión de dos o más materiales; un ejemplo, es la temperatura que provoca la mezcla de sustancias con el agua; o bien la presión.
Una de las fases de la metalurgia que es mas importante es la Aglomeración o Concentración. La concentración pretende aumentar la riqueza metálica del mineral por medio de la eliminación de la mayor cantidad posible de sustancias no aprovechables. La separación entre la ganga y la mena se realiza depende del mineral. Puede ser de las siguientes formas:

1. Manual.
2. Por agitación o por arrastre con corriente de agua, previa trituración en molinos adecuados.
3. Por flotación.
4. Por formación de escoria.


Beneficios de Minerales



Los beneficios de los minerales, comienzan desde el momento de su estudio. El estudio de los minerales constituye una importante ayuda para la comprensión de cómo se han formado las rocas. La síntesis en laboratorio de las variedades de minerales producidos por presiones elevadas está contribuyendo a la comprensión de los procesos ígneos que tienen lugar en las profundidades de la litosfera. Dado que todos los materiales inorgánicos empleados en el comercio son minerales o sus derivados, los minerales tienen una aplicación económica directa. Usos importantes de los minerales y ejemplos de cada categoría son las gemas o piedras preciosas y semipreciosas (diamante, granate, ópalo, circonio); los objetos ornamentales y materiales estructurales (ágata, calcita, yeso); los refractarios (asbestos o amianto, grafito, magnesita, mica); cerámicos (feldespato, cuarzo); minerales químicos (halita, azufre, bórax); fertilizantes (fosfatos); pigmentos naturales (hematites, limonita); aparatos científicos y ópticos (cuarzo, mica, turmalina), y menas de metales (casiterita, calcopirita, cromita, cinabrio, ilmenita, molibdenita, galena y esfalerita.

CALCINACIÓN



La Calcinación es el proceso químico e industrial en el que se calienta un material, sin fundirlo, con el fin de eliminar sus componentes volátiles. La calcinación es importante industrialmente en la obtención de cal a partir de la caliza y en la fabricación de cemento Portland. También es la primera etapa para extraer los metales de sus menas. Para tratar los carbonatos y sulfuros metálicos se emplea el proceso de calcinación, calentándolos hasta una temperatura por debajo del punto de fusión del metal. En el caso de los carbonatos, en el proceso se desprende dióxido de carbono, y queda un óxido metálico.

M-CO3 + O2 + CALOR ‘ CO2 + M-O3
CaCO3 + O2 + Calor ‘ CO2 + CaO3

Cuando se calcinan sulfuros, el azufre se combina con el oxígeno del aire para formar dióxido de azufre gaseoso, y también resulta un óxido metálico. Los óxidos se reducen después por fundición.

M-NS + O2 + CALOR ‘ SO2 + M-ON
CAS + 3/2O2 + CALOR ‘ SO2 + CAO

TOSTACIÓN



Se utiliza en la obtención de óxidos de metales pesados (Hierro, Cobre, Plomo, Zinc, Mercurio, entre otros). Se practica calentando fuertemente el mineral en presencia de aire (su diferencia de la calcinación). Esta operación se aplica a los sulfuros:

2ZnS + 3O2 (del aire) ‘ 2SO2 + 2ZnO + HgS + ?H ‘ SO2 + Hg + ?H

Una variante es la Tostación magnética que se aplica a ciertos minerales susceptibles de convertirse en fuertemente magnéticos, como la limonita y los hematies, la siderita, la pirita, etc.

Flotación



La flotación es hoy el método más importante de concentración mecánica. En su forma más simple, es un proceso de gravedad modificado en el que el mineral metálico finamente triturado se mezcla con un líquido. El metal o compuesto metálico suele flotar, mientras que la ganga se va al fondo. En algunos casos ocurre lo contrario. En la mayoría de los procesos de flotación modernos se emplean aceites u otros agentes tensioactivos para ayudar a flotar al metal o a la ganga. Esto permite que floten en agua sustancias de cierto peso. En uno de los procesos que utilizan este método se mezcla con agua un mineral finamente triturado que contiene sulfuro de cobre, al que se le añaden pequeñas cantidades de aceite, ácido y otros reactivos de flotación. Cuando se insufla aire en esta mezcla se forma una espuma en la superficie, que se mezcla con el sulfuro pero no con la ganga. Esta última se va al fondo, y el sulfuro se recoge de la espuma. El proceso de flotación ha permitido explotar muchos depósitos minerales de baja concentración, e incluso residuos de plantas de procesado que utilizan técnicas menos eficientes. En algunos casos, la llamada flotación diferencial permite concentrar mediante un único proceso diversos compuestos metálicos a partir de un mineral complejo.

PROCESOS ELECTROLÍTICOS


La electrólisis, es el proceso químico mediante el cual un compuesto es separado por medio del paso de una corriente eléctrica durante un tiempo determinado, por la propiedad de un compuesto de disociarse en solución, para provocar el paso de electricidad.
La descomposición electrolítica o electrólisis (electro: electrón, electricidad; lisis: ruptura, separación) es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna. La sosa cáustica ó Hidróxido de Sodio (un producto químico importante para la fabricación de papel, rayón y película fotográfica) se produce por la electrólisis de una disolución de sal común en agua. La reacción produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila electrolítica produciendo sosa cáustica. El cloro obtenido se utiliza en la fabricación de pasta de madera y papel.

NaCl + H2O ‘ Na+ + Cl- + H2O ‘ NaOH + HCl

Una aplicación industrial importante de la electrólisis es el horno eléctrico, que se utiliza para fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metálicas hasta que se funde y se ioniza. A continuación, se deposita el metal electrolíticamente.
Los métodos electrolíticos se utilizan también para refinar el plomo, el estaño, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza. La galvanotecnia, otra aplicación industrial electrolítica, se usa para depositar películas de metales preciosos en metales base. También se utiliza para depositar metales y aleaciones en piezas metálicas que precisen un recubrimiento resistente y duradero. La electroquímica ha avanzado recientemente desarrollando nuevas técnicas para colocar capas de material sobre los electrodos, aumentando así su eficacia y resistencia. Tras el descubrimiento de ciertos polímeros que conducen la electricidad, es posible fabricar electrodos de polímeros.

REDUCCIÓN QUÍMICA



Existen una variedad de compuestos o elementos químicos, con la capacidad de reducir otras partículas; el Hidrogeno, es capaz de hacer pasar carbonos sobresaturados, a saturados, así como los aldehídos a alcoholes.
Para la reducción de compuestos que pueden combinarse con el carbono, se emplea la reducción química, esto ocurre con elementos como el Wolframio.

WO3 + 3H2 ‘ W + 3H2O Cr2O3 + 2Al ‘ 2Cr +Al2O3
UF4 + 2Ca ‘ U + CaF2 TiCl4 + 2Mg ‘ Ti + 2MgCl2

NÍQUEL:



Níquel, de símbolo Ni, es un elemento metálico magnético, de aspecto blanco plateado, utilizado principalmente en aleaciones. Es uno de los elementos de transición del sistema periódico y su número atómico es 28. Durante miles de años el níquel se ha utilizado en la acuñación de monedas en aleaciones de níquel y cobre, pero no fue reconocido como sustancia elemental hasta el año 1751, cuando el químico sueco, Axil Frederic Cronstedt, consiguió aislar el metal de una mena de niquelita.
El níquel aparece en forma de metal en los meteoros. También se encuentra, en combinación con otros elementos, en minerales como la garnierita, milerita, niquelita, pentlandita y pirrotina, siendo estos dos últimos las principales menas del níquel. Ocupa el lugar 22 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.
Las menas de níquel contienen generalmente impurezas, sobre todo de cobre. Las menas de sulfuros, como las de pentlandita y pirrotina niquelífera se suelen fundir en altos hornos y se envían en forma de matas de sulfuro de cobre y níquel a las refinerías, en donde se extrae el níquel mediante procesos diversos. En el proceso electrolítico, el níquel se deposita en forma de metal puro, una vez que el cobre ha sido extraído por deposición a un voltaje distinto y con un electrólito diferente. En el proceso de Mond, el cobre se extrae por disolución en ácido sulfúrico diluido, y el residuo de níquel se reduce a níquel metálico impuro. Al hacer pasar monóxido de carbono por el níquel impuro se forma carbonilo de níquel (Ni(CO)4), un gas volátil. Este gas calentado a 200 °C se descompone, depositándose el níquel metálico puro.

ZINC:



Cinc o Zinc, de símbolo Zn, elemento metálico blanco azulado que tiene muchas aplicaciones industriales. El cinc es uno de los elementos de transición del sistema periódico; su número atómico es 30. Los minerales de cinc se conocen desde hace mucho tiempo, pero el cinc no fue reconocido como elemento hasta 1.746, cuando el químico alemán Andreas Sigismund Marggraf aisló el metal puro calentando calamina y carbón de leña.
El primer paso en el proceso metalúrgico es transformar los minerales en óxidos, sometiéndolos a altas temperaturas. Después se reducen los óxidos con carbono en un horno eléctrico y el cinc hierve y se destila en la retorta, en donde tiene lugar la reducción. El cinc obtenido por destilación contiene pequeñas cantidades de hierro, arsénico, cadmio y plomo, y es conocido en metalurgia como peltre. En otro método de refinarlo, los minerales se calcinan y se lixivian con ácido sulfúrico. Después de separar las impurezas, la disolución se electroliza. El cinc electrolítico es puro y tiene cualidades superiores como, por ejemplo, una mayor resistencia a la corrosión.

PLOMO:



Plomo, de símbolo Pb (del latín plumbum, ‘plomo’), es un elemento metálico, denso, de color gris azulado. Es uno de los primeros metales conocidos. Su número atómico es 82, y se encuentra en el grupo 14 del sistema periódico.
Hay referencias al plomo en el Antiguo Testamento, y ya lo empleaban los romanos para tuberías, aleado con estaño. El plomo se encuentra ampliamente distribuido por todo el planeta en forma de galena, que es sulfuro de plomo. Ocupa el lugar 36 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. La cerusita y la anglesita son sus menas más importantes después de la galena. La extracción del plomo de la galena se lleva a cabo por calcinación de la mena, convirtiéndola en óxido y reduciendo el óxido con coque en altos hornos. Otro método consiste en calcinar la mena en un horno de reverbero hasta que parte del sulfuro de plomo se transforma en óxido de plomo y sulfato de plomo. Se elimina el aporte de aire al horno y se eleva la temperatura, reaccionando el sulfuro de plomo original con el sulfato y el óxido de plomo, para formar plomo metálico y dióxido de azufre.


Autor:

Jose Ricardo





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