Metalurgia

Metalurgia

La metalurgia es la ciencia y 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 derelacionarse con la industria metalúrgica.

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Alrededor del año 3500 a. C. ya existía la metalurgia del hierro esponjoso; el hierro colado no se descubrió hasta el año 1600 a. C. Algunas técnicas usadas en la antigüedad fueron el moldeo a la cera perdida, la soldadura o el templado del acero. Las primeras fundiciones conocidas empezaron en China en el siglo I a. C., pero no llegaron a Europa hasta el siglo XIII, cuando aparecieron los primeros altos hornos.

En la Edad Media la metalurgia estaba muy ligada a las técnicas de purificación de metales preciosos y la acuñación de moneda.

El empleo de los metales, característico de la Edad de los metales, es explicable gracias a que el hombre motivado, por sus nuevas actividades necesitó sustituir las herramientas de piedra, hueso y madera, por otras muchos más resistentes.

El cobre fue el primer metal descubierto por encontrarse en estado casi puro en la naturaleza y fue trabajado al final del periodo Neolítico. Al principio, se le golpeaba hasta dejarlo plano como una hoja. Después se aprendió a fundirlo con fuego y vaciarlo en moldes, lo que permitió fabricar mejores herramientas y en mayor cantidad.

Se calcula que hacia el tercer milenio antes de Cristo, después de un difícil proceso de extracción, se empezó a trabajar con el hierro. Este requiere, como se sabe, altas temperaturas para su fundición y moldeado porque así es más maleable y resistente.

Los utensilios elaborados con metales fueron: armas, herramientas, vasijas, adornospersonales, domésticos y religiosos. El uso de los metales significó un gran avance técnico que repercutió de diversas formas en la conformación de la civilización humana:

. El hombre ejerció un mejor dominio sobre la naturaleza.

. Se sustituyó el trabajo de la piedra y el hueso.

. Se fabricaron azadas y arados de metal para la agricultura.

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.

* Otros tratamientos del metal para facilitar su uso.

Operaciones básicas de obtención de metales

* Operaciones físicas: triturado, molido, 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, cianuración.

Metalurgia extractiva

Se define como la parte de la metalurgia que estudia los métodos químicos necesarios para tratar una mena mineral o un material que se va a reciclar de tal forma que se pueda obtener, a partir de cualquiera de ellos, el metal, más o menos puro, o alguno de sus compuestos.

3.2 Proceso de pre beneficio de mineral de hierro

Beneficio de losminerales de hierro

La extracción de los minerales se realiza de maneras muy diversas según las circunstancias que concurren en cada caso. En general, como el mineral se suele presentar formando grandes masas, siempre suele ser necesario emplear importantes cantidades de explosivos para romperlas y facilitar su extracción. Para arrancar el mineral se emplean potentes máquinas excavadoras y luego se machacan, trituran y criban los trozos de mineral hasta obtener tamaños apropiados para su transporte o utilización. Las explotaciones se hacen a cielo abierto o en galerías subterráneas.

Los minerales después de ser extraídos deben sufrir, según sea su calidad, tratamientos diversos. A veces es necesario lavarlos para eliminar las materias terrosas o arcillas con las que suelen estar mezclados. Otras veces los carbonatos son calcinados para transformarlos en óxidos y también, a veces, se calcinan ciertas magnetitas muy duras y compactas para transformarlas en óxido férrico de más fácil reducción y aumentar su porosidad o para eliminar algo del azufre que contienen.

Los minerales después de ser machacados, triturados y molidos, se clasifican por cribado o por procedimientos magnéticos. Posteriormente, los tamaños finos de riqueza aceptable se suelen aglomerar o sinterizar antes de su carga en los hornos altos. Cuando la humedad que contienen es muy elevada, se secan en hornos rotatorios para reducir el porcentaje de agua que les acompaña.

Machaqueo trituración y molienda.

El machaqueo de losminerales de hierro sirve para reducir el tamaño de los grandes trozos obtenidos en las minas, por voladuras, y conseguir que queden en trozos con dimensiones más pequeñas y más adecuadas para el transporte y para los tratamientos y transformaciones que han de sufrir posteriormente.

Generalmente, se suele separar en las minas los trozos de mineral inferiores a 1,5 m de diámetro, que son los mayores tamaños que suelen pasar a las grandes máquinas machacadoras que las reducen a trozos inferiores a 300 mm. La elección de la maquinaria depende de la naturaleza de los minerales a tratar, de las dimensiones de los trozos que se desea obtener y del destino final del producto.

En las fábricas suelen montarse instalaciones llamadas de trituración primaria, secundaria y terciaria, que, en ocasiones, se instalan también en las minas. En las maquinas primarias, los grandes trozos que llegan a las fabricas se reducen a tamaños o trozos menores de 150 mm y en las secundarias a tamaños inferiores a 50 mm aproximadamente. Finalmente, en la trituración terciaria se llega a tamaños menores de 10 mm.

El molino sirve para disminuir todavía más el tamaño de los minerales. Se cargan, generalmente, trozos de 3 a 8 mm y se obtiene polvo muy fino de 0.05 a 0.5 mm. Antiguamente los minerales relativamente porosos se cargaban en los hornos altos en tamaños variables de 25 a 75 mm. Los minerales compactos y densos como las magnetitas, por ejemplo, se cargaban en tamaños más pequeños, del orden de 25 a 50 mm. En loshornos de poca altura siempre se empleaban trozos más pequeños que en los grandes. (Barreiro)

Principios teóricos del secado y equipo industrial.

En la concentración de minerales se obtienen, en ocasiones, fangos con partículas muy finas que contienen una gran cantidad de agua, que interesa eliminar.

El secado es una operación que consiste en calentar los minerales y concentrados a una temperatura que permita eliminar el agua que acompaña a los materiales en forma de humedad o sea el agua atrapada entre las partículas por efecto de capilaridad o por absorción.

Considerando el secado teóricamente se analiza la reacción.

H2O(l) = H2O (g) ?H°= 10.5 Kcal

Kp = PH2O

Para esta reacción se puede calcular, a una temperatura determinada, el valor de su constante de equilibrio KP, y de esta manera obtenemos la presión de vapor de equilibrio del agua, PH2O sobre el material.

Se debe tomar en cuenta que la atmósfera del horno tiene su humedad expresada con P´H2O.

Para que el proceso de secado se lleve acabo es necesario que exista la relación

PH2O > P´H2O.

(Jordens, 1984)

Horno rotativo de secado. (Jordens, 1984)

Otro sistema muy utilizado para eliminar el agua es la filtración continua por el vacío.

Los filtros usados en metalurgia se componen de un tambor filtrante, dividido en varias células independientes, que gira en un gran depósito a donde se envía el líquido con las partículas a secar. Una parte de la superficie cilíndrica exterior metálica de este tambor esta perforada muyfinamente y recubierta de una tela que deja pasar a través de ella el agua y no al mineral. En una parte al interior del tambor se hace una fuerte aspiración que arrastra al agua hacia la zona central.

Durante la operación, el tambor gira y en cada célula queda adheridas a la tela solo las partículas sólidas. Luego en su giro al Salir del líquido llegan los concentrados en forma del fango adheridos a la tela a una zona donde son rociados con agua y se separan ciertas sustancias arcillosas, que se separan sin dificultad.

En la última parte del giro el material depositado sobre la tela deja los sectores donde actúa el vacío y entra en otro sector donde, en el interior del tambor, se produce una ligera presión de aire que desprende las materias minerales que hay sobre la tela, que se depositan desprovistas ya de gran parte de su humedad en una cinta transportadora. (Barreiro)

Proceso de coquización

Coquización es un proceso de destilación seca destructiva de carbón para convertirlo de un material denso y frágil a uno fuerte y poroso; los subproductos valiosos se recuperan en el proceso.

No todas las clases de carbón son útiles para fabricar coque. Entre los que no son útiles se encuentran los porosos pero con baja resistencia a la compresión o con residuos de polvo. Fuera de las tres clases de carbón reconocidas en la industria alta, media o baja volatilidad, solo una subclase entre los de alta volatilidad y algunos pero no todos los de media volatilidad son producidos para el altohorno. Por lo tanto la mezcla es de mayor importancia. Grandes

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