Procesos Metalurgicos

La metalurgia es la ciencia y tecnología de la extracción a escala industrial de los metales a partir de sus fuentes naturales, es decir de sus minerales y su preparación para usos prácticos.

La metalurgia puede ser extractiva, que consiste en la obtención de los metales a partir de los minerales y concentrados hasta obtener lingotes de alta pureza y la metalurgia física que consiste en transformar estos lingotes en artículos semimanufacturados.

La ciencia que estudia la composición, estructura, propiedades y características de los minerales se denomina mineralogía.

El Perú es un país eminentemente minero, no solo porque posee enormes recursos minerales de los que se ha logrado explotar aproximadamente el 10%, sino porque este sector produce la mayor parte de ingresos nacionales que constituyen la base de la estabilidad económica, prosperidad y producción de divisas el cual permite al país la generación de fuentes de trabajo, así como también su desarrollo industrial o la adquisición de alimentos básicos para nuestra población.

Los minerales son solidos naturales inorgánicos, pudiendo ser elementos, como en el caso del diamante (C) o compuestos químicos como en el caso de la halita (NaCl). En los minerales las partículas que los constituyen se disponen ordenadamente dentro de una estructura interna, característica que lo sitúa como solido cristalino, por lo que presentan tres propiedades fundamentales:

a) Propiedades estructurales: debido a su estructura cristalina pueden presentar formas geométricas externas, como es el caso del cuarzo (SiO2), que presenta la forma combinada de prisma hexagonal con bipirámide hexagonal.

b) Propiedades físicas: Son muy variables y sirven para identificar al mineral. Por ejemplo, en el caso del oro nativo, podría confundirse con la pinta (FeS2) por el color y brillo, pero se diferencian porque el primero es muy denso y variable.

c) Propiedades químicas: generalmente dependen del grupo aniónico que caracteriza su composición química. Así, agregamos una gotas de HCl a una muestra de calcita (CACO3), esta eferverse debido al desprendimiento de CO2 durante la reacción, pero esto no ocurriría con el yeso, cuya composición es CaSO4 , 2H2O

Procesos metalúrgicos

Cuando el mineral es extraído de la mina, contiene grandes cantidades de sustancias estériles (ganga), en la mayoría de los casos se debe someter a un tratamiento previo de separación (por trituración y molienda, gravimetría, flotación, separación magnética, etc..) Estas operaciones previas por lo general no producen alteraciones en la identidad del mineral.

La siguiente etapa son procesos químicos que se efectúan a altas temperaturas o bien se utilizan soluciones acuosas o corriente eléctrica, esto con la finalidad de eliminar la mayor cantidad de impurezas (refinación)

Después que los metales son refinados, se les somete a diferentes tratamientos físicos y químicos para obtener de ellos determinadas cualidades, adaptándolas a las aplicaciones que se les va a dar.

Concentración: es la operación que nos permite realizar una separación sólido-sólido, previa trituración o molienda. La separación consiste en obtener un producto valioso denominado concentrado y otro constituido por minerales estériles denominado relave.

Posteriormente los procesos de metalurgia extractiva transformaran los concentrados en metales de alta pureza o productos de uso industrial.

Operaciones metalúrgicas

1. Explotación de las minas

2. Concentración de la mena y su preparación para el tratamiento posterior

3. Reducción del mineral para obtener el metal libre, es la etapa química de la metalurgia

4. Refinación o purificación del metal, en la que se le da el acabado final y propiedades especificas.

• Galvanizado

El galvanizado puede ser, en caliente, mecánico(que funciona a temperatura ambiente, no se aplica electricidad y sin calor).

El cincado consiste en aplicar por vía eléctrica sobre la superficie de una pieza de hierro, convenientemente preparada, de un recubrimiento de cinc. La diferencia es que en el cincado se realiza por vía electrilica y el galvanizado se basa en diferencia de potencial electroquímico entre el cinc y los demás metales.

El galvanizado consiste en un proceso sencillo, el que no tiene complicación como otros procesos de protección contra la corrosión. Este proceso produce una protección catódica esto es por el hecho de que el potencial se reducción del cinc es mas negativo que el hierro, con -0.44 V y -0.76 V respectivamente.

GALVANIZADO EN CALIENTE:

El proceso de galvanizado consta de tres etapas básicamente que son: preparación de la superficie, galvanizado e inspección.

Preparación de la superficie es la etapa mas importante ya que cuando el recubrimiento falla con anterioridad al término de su esperada vida útil se debe a una inadecuada preparación de la superficie, esta se puede dividir:

En desengrasado que es la etapa que requiere que la superficie del metal base esté sustancialmente libre de grasas y aceites, que pueden provenir de algún proceso como el maquinado, o escamas y manchas resultantes de tratamientos químicos, soldaduras o pinturas. A fin de lograr un recubrimiento deberán eliminarse todas las suciedades o impurezas perjudiciales; de lo contrario, se obtendrán recubrimientos que no se adherentes. Además, se debe evitar que la materia grasa contiene las soluciones posteriores. En la mayoría de los casos, se emplean soluciones limpiadoras alcalinas ligeramente básicas. La materia alcalina, mas usada es la soda cuántica en una proporción de 1kg. De soda por cada 12 litros de agua y a una temperatura de 85ºC aproximadamente. En el caso de piezas mecánicas en que los aceites son sulfonados es conveniente utilizar soluciones acuosas de hidróxido de sodio o algún detergente en solución acuosa.

El bañado (agua caliente)en esta etapa a pieza pasa por agua caliente entre 80 y 90 grados centígrados, tiene por objeto despojar de todo vestigio alcalino, proveniente de la acción limpiadora anterior. Un enjuague deficiente anulará el objeto de cada uno de los otros pasos en el ciclo de recubrimiento. Esto causara piezas manchadas, desprendimientos de película protectora y soluciones contaminadas.

El decapado: durante la fabricación de piezas metálicas se producen de oxido que deben ser eliminado como parte importante de los procedimientos de acabado de los metales. Este procedimiento se efectúa por inmersión de las piezas metálicas en soluciones ácidas. La mayoría de las operaciones de decapado consisten simplemente en la disolución de las capas de oxido en el ácido. Cuando la capa de oxido es uniforme y todas las superficies han estado igualmente expuestas al ácido, el trabajo puede ser extraído tan pronto esté libre de la capa de oxido, evitando de este modo cualquier ataque serio al metal. Cuando la acción decapadora no es pareja, debido a que la capa de oxido no es uniforme o por otros factores, con frecuencia hay exceso de ataque en algún área. Esto produce una superficie extremadamente áspera e inutiliza el trabajo para muchas aplicaciones. Para evitar esto se le agregan al baño decapado inhibidores para reducir el grado de ataque en el metal. Para el caso de decapado con ácido sulfúrico la concentración de ácido y la temperatura por seleccionar está relacionada con el factor económico. El rendimiento optimo de decapado se considera empleando una concentración de un 7% a 9%, una temperatura entre 60 y 80 grados centígrados, de esta forma se minimiza el sobrecapado. Durante el proceso de concentración de ácido disminuye gradualmente a medida que el contenido de sales se hierro aumentan. En un baño de ácido sulfúrico que posea una concentración de sales de un 12%, tenemos una acción decapadora que disminuye alrededor de un 90%. Para el decapado con ácido clorhídrico, el cual es usado en menor proporción que el sulfúrico debido a que es mas costoso y produce el desprendimiento de vapores tóxicos este es usado en mucho establecimientos pues proporciona una buena velocidad de decapado a temperatura ambiente. La acción del ácido clorhídrico aumenta a medida que se sube la concentración de las sales de hierro disueltas en él. Un baño de ácido clorhídrico con un contenido del 16% de hierro, tiene una velocidad de decapado 4 veces mayor que su velocidad original. En todo el decapado, la agitación se la solución ácida es ventajosa, ya que aumenta la acción del ácido y la mantiene uniforme sobre la superficie de trabajo. Existen otros métodos de decapado, este se denomina Granallado o Arenado.

El bañado (agua fría): en esta etapa se produce una disolución completa del ácido y las sales de oxido de hierro producidas en las etapas de decapado mediante la inmersión de la pieza en un baño que comúnmente es de agua fría.

El baño fundente es la etapa final de la preparación de la superficie, aun las piezas se someten a un baño de sal flux en la que se eliminan óxidos y previene contra la formación de otros óxidos en la superficie del metal antes del galvanizado propiamente tal. Los fundentes aceleran la fusión de los metales, es decir que la combinación entre hierro y cinc sea mas rápida, y estos se pueden clasificar en: fundentes líquidos y espumantes sobre el cinc fundido. Aun cuando estos fundentes tienen sus limitaciones y condiciones especiales de uso, prácticamente toda la clase de metales pueden ser galvanizados con cualquiera de estos fundentes

GALVANIZADO MECÁNICO:

Es el proceso que funciona a temperatura ambiente en el cual los recubrimientos de metal son aplicados sin electricidad(como

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