Litio. Procesos productivos del Hierro y Acero

Hierro, Acero y Litio.

Curso: 4º Medio

Alumnos: Florencia Ramirez Piuzzi.

                  José Ignacio Silva Villar.

Profesora: Angelica Galleguillos.

La minería ha sido, durante bastante tiempo, una de las principales actividades productivas de Chile, esto gracias a la abundancia que existe de distintos minerales. Entre estos podemos encontrar el acero, este es una aleación en caliente de carbono con el metal hierro y puede tener más aleaciones como el azufre, fósforo, manganeso, etc. Los aceros son materiales con alta resistencia mecánica al someterlos a esfuerzos de tracción y compresión y lo soportan por la contribución química que tienen los aceros. Son muy flexibles y trabajables, razón por la cual se utiliza en artículos muy usados por las personas. El acero es utilizado en piezas de autos, cables de alta resistividad para soportar grandes pesos como puentes o mantener torres de señal y postes de luz.
Como nombramos anteriormente, el hierro, es una de las unidades estructurales del acero, es un metal del grupo de los elementos de transición, de color blanco plateado, blando, dúctil, maleable, magnético y oxidable, que se extrae principalmente de la hematites. Los yacimientos de hierro chilenos más importantes se encuentran en la Cordillera de la Costa de las regiones de Atacama y Coquimbo (III y IV Regiones) constituyendo la denominada Franja Ferrífera de la Cordillera de la Costa. El hierro puede recibir diferentes tratamientos que le confieren propiedades distintas y usos diversos; principalmente se usa para fabricar herramientas, estructuras y objetos.

Por otro lado, también tenemos el Litio, este es un metal alcalino, dúctil y muy ligero de número atómico 3, masa atómica 6,94 y símbolo Li, este se corroe rápidamente al contacto con el aire y no existe en estado libre en la naturaleza, sino solamente en compuestos, debido a su reactividad. Este se encuentra principalmente en salmueras naturales, pegmatitas, pozos petrolíferos, campos geotermales y agua de mar. Chile posee alrededor del 52% de las reservas mundiales de litio, en forma de salmueras. La producción chilena es mayoritariamente de carbonato de litio que se obtiene a partir de las salmueras contenidas en el Salar de Atacama en la II Región.

Dentro de las propiedades del Litio podemos encontrar una elevada conductividad eléctrica baja viscosidad, muy liviano y bajo coeficiente de expansión térmica.
Todas estas son muy valoradas en el presente y han permitido que la demanda de este mineral aumente, ya que gracias a sus cualidades este se puede ocupar para la creación de automóviles eléctricos que utilizan baterías recargables. También se ocupa como espesante para grasas lubricantes, en cerámica, de modo específico en la formulación de esmaltes para porcelana; como aditivo para alargar la vida y el rendimiento en acumuladores alcalinos y en soldadura autógena y soldadura para latón, entre otros

Procesos productivos del Hierro y Acero.

A) Etapas de producción del Hierro

1. Selección y extracción del mineral:
En nuestro medio ambiente existen diversos minerales que contienen hierro, por esto previo a la extracción se debe analizar que mineral es mejor extraer bajo los criterios que tenga cada empresa. El mineral que contiene mayor porcentaje de hierro es la Magnetita con un 72,4 % de hierro, otro mineral importante es la hematita con un 70% de hierro.
Luego de seleccionar el mineral más conveniente viene la etapa de extracción, en esta se extrae el mineral principalmente de minas subterráneas y es transportado por maquinaria dentro y fuera de la mina lo que genera la utilización de un gran número de vehículos que inevitablemente contribuyen a los problemas medio ambientales.
2. Chancado o molienda:
Los minerales extraídos son llevados a chancadoras que realizan una de las características físicas de esta etapa, hablamos de reducir el porte del mineral hasta obtener el mineral en forma de polvo.
3. Refinamiento electromagnético y formación de pellets:
En este proceso el mineral en polvo es pasado por separadores magnéticos (imanes) que producirán una pureza de nuestra mezcla del 65%. Posteriormente, se formarán unidades pequeñas que son mucho más manejables denominadas pellets, esto se logra gracias a la mezcla del mineral en polvo y arcilla.
4. Reducción de oxidados:
Los pellets formados en la etapa anterior son recubiertos con carbón. Posteriormente son horneados a altas temperaturas, lo que provoca que “el carbón añadido se convierta en coque”¹, este calentara el mineral y producirá monóxido de carbono, el cual elimina el oxígeno del Hierro. “El carbono además reaccionara con el vapor de agua convirtiéndose en hidrógeno gaseoso”, el cual también actuará para reducir los óxidos del mineral. Finalmente el hierro fundido por la temperatura avanza hasta el final del horno y es separado de la escoria gracias a su diferencia de densidad.
Reacciones:
1. - Cº + Oº2 → 2CO
2. - H2O (g) + Cº (s) → CO (g) + H2º (g)
5. Fundición:
Para la etapa de fundición se utilizan hornos de entre 20 y 30 metros de alto que aguantan temperaturas de hasta 1600º C. Al hornear el mineral se transformara en “arrabio”¹, este es un producto que no tiene una utilidad debido a su impureza y la contaminación que produce. Luego para continuar con la purificación del mineral, este es introducido en hornos en los cuales el aire se encuentra a unos 600ºC, bajo este escenario el coque, aire caliente y hierro reaccionan para formar una “mezcla esponjosa”², a la cual se le agrega piedra caliza, que rápidamente se descompondrá³, con la finalidad de separarlo del silicio y el azufre.
Reacciones:
1.- Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe
2.- Fe3O4 + C → 3FeO + CO
3.- CaCO3 → CaO + CO2

El acero es una aleación (mezcla) de Fe (hierro) y C (carbono) siempre que el porcentaje de carbono sea inferior al 2%. Suele tener un porcentaje de carbono entre el 0,2 y el 2%.

B) Etapas de producción del Acero

1.Alto horno: Se debe echar una mezcla de hierro y combustible llamado cok en altos hornos, este combustible separa las impurezas del mineral.
2. Arrabio:  Gracias a la etapa anterior el carbono se acopla con el acero, mezcla que se le denomina arrabio, este consiste en hierro casi puro y pequeñas cantidades de carbono. También se le denomina acero líquido.
3. Moldeado:
El acero líquido se creado anteriormente se moldeara dependiendo de cuál será su función en el futuro.

Reacciones químicas:

[pic 1]

Esquema proceso productivo

[pic 2]

Proceso productivo del litio

1. Extracción: Se extrae la salmuera desde el salar de atacama por un sistema de bombeo, el cual proviene de los pozos productivos (30 metros de profundidad). La soluciones resultante, es llevada por canaletas a pozas de evaporación solar.

2. Evaporación: Las salmueras  son previamente concentradas por evaporación solar para aumentar el contenido de litio y además precipitar otras sales que pueden ser comerciales,como KCI, NaCI, K2SO4, Na2SO4, etc, así como otras sales dobles como silvinita, carnalita, bishoffita, schoenita, kainita, glasserita, glauberita, epsonita,singerita, etc. Las salmueras del Salar de Atacama se bombean desde 30 a 50m. de profundidad desalar y luego se dejan evaporar en piscinas de 1.5 m. de profundidad y grandes dimensiones donde comienza una cristalización secuencial de sales gracias a las características del salar de atacama, el cual posee una de las mayores tasas de evaporación y las menores de precipitación, lo que permite la utilización de la energía solar como recurso natural. Está radiacion solar y el efecto del viento sobre la salmuera permite la evaporación de la salmuera y concentración de los minerales. De esta forma se obtiene un producto rico en potasio, sulfato, sodio y magnesio.

3. Precipitación: La precipitación se hace en dos etapas:

primero con carbonato de sodio (ceniza de soda) y luego con hidróxido de calcio (lechada de cal). El sulfato presente en la forma de sulfato de sodio también precipita como sulfato de calcio. En esta etapa, se introduce al circuito del proceso agua fresca presente en la solución de 23-24% de Na2CO3, de manera que ahora el sistema es acuoso y no anhidro (sin agua libre). Las reacciones que ocurren son las siguientes:

Primera etapa:

MgCl2(aq)+ Na2CO3(aq)→MgCO3(s)+ 2NaCl(aq)
CaCl2(aq)+ Na2SO4(aq)→CaSO4(s)+ 2NaCl(aq)

CaCl2(aq)+ Na2CO3(aq)→CaCO3(s)+ 2NaCl(aq)  

Segunda etapa: En esta segunda etapa, se precipita el resto del magnesio residual con Ca(OH)2.

MgSO4(aq)+ Ca(OH)2(aq)→Mg(OH)2+ CaSO4

MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg (OH)2 +  CaCl2

Esta salmuera, purificada, precipitada y previamente filtrada, se trata con carbonato de sodio, para precipitar el litio:

2LiCl(aq) + Na2CO3(aq)      →    Li2CO3 + 2NaCl (aq)

El carbonato de Litio obtenido se sedimenta y filtra en caliente y luego se lava  extensamente con agua caliente desmineralizada en el filtro.

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