Metalurgia

METALURGIA EXTRACTIVA

Es la ciencia que estudia la obtención de los metales a partir de sus minerales y su posterior transformación.

METALURGIA DEL HIERRO

-Obtención de hierro a partir de óxido de hierro (III)

El mineral básico para la obtención de hierro es la hematina, que consta fundamentalmente de óxido de hierro (III), su mayor impureza es el dióxido de silicio y pequeñas cantidades de manganeso y fósforo. La reducción de los iones de Fe

3+ presentes en el óxido de hierro, se lleva a cabo en un alto horno, por cuya boca se echa el mineral de hierro, piedra caliza y (CaCO3) y carbón de coque (carbón casi puro) SFe + O2SO2 + Fe2O3

Para iniciar el proceso se inyecta aire comprimido o bien oxígeno a 500 ºC por medio de unos inyectores situadas en la base del horno. Las tres reacciones principales que ocurren son las siguientes:

1) Conversión del carbono en monóxido de carbono:

2 C(s) + O2 (g) 2 CO (g) + CALOR 2)

Reducción de Fe3+ a Fe por reacción con el CO:

Fe2O3 (s) + 3 CO(s) 2 Fe (l) + 3 CO2 (g) 3)

Reacción de formación de escorias, a una temperatura de 800ºC, la piedra caliza que se añade, se descompone de la siguiente forma:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2 (g)

El óxido de calcio formado, reacciona con las impurezas del mineral de hierro, para formar un material vítreo conocido como escoria, la reacción es:

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3 (l)

Como la escoria es menos densa que el hierro fundido, forma una capa superior al metal, que hace posible su separación. El hierro que se produce se llama arrabio.

-Obtención del acero a partir del arrabio

Para obtener el acero del arrabio, hay que seguir dos pasos: 1) Se separan el silicio, manganeso y potasio, oxidándolos con oxígeno puro, según las siguientes reacciones:

Si(s) + O2 (g) ->CaSiO3

2 Mn(s) + O2 (g) ->2MnO(s)

P4(s) + 5 O2 (g) -> P4O10(s)

Estos óxidos formados se separan mediante la adición de piedra caliza que se descompone en CaO, formándose una escoria similar a la obtenida en el alto horno.

2) Consiste en disminuir la cantidad de carbono por debajo de 2%, con el fin de obtener un metal fuerte y dúctil, que se pueda tratar al fuego, el carbono se elimina quemándolo con oxígeno según la siguiente reacción: C(s) + O2 (g) -> CO2 (g)

-Composición: 70% de arrabio, 25% de chatarra, 5% de caliza

-Es posible obtener aleaciones de acero de añadiéndoles pequeñas cantidades de otros materiales, el más conocido es el acero inoxidable, que contiene alrededor de un 15% de Co y 8% de Ni, también se suele utilizar manganeso en una proporción del 10%.

PRODUCCIÓN DEL HIERRO

El hierro es el metal duro más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

MINERALES DE HIERRO

En el campo siderúrgico los minerales de Hierro más importantes son los siguientes:

• Fe3O4 Magnetita (mena negra). Óxido Ferroso Férrico

• Fe2O3 Hematita roja. Óxido Ferroso Férrico.

• Fe2O3 nH2O Limonita, Hemetita Parda. Óxido Férrico hidratado (contiene por lo general mucha cantidad de ganga)

• FeCO3 Siderita (Hierro Carbonado) Es carbonosa, contiene azufre pero poco fósforo. Se debe calcinar previamente, donde elimina CO2, y expulsa el azufre y la humedad. Después de la calcinación puede quedar Fe2O3 o Fe3O4

• FeS2 Pirita (Bisulfuro de Hierro) color dorado. Estas menas se usan para la obtención de ácido sulfúrico, y el óxido férrico resultante de la tostación 4 de la pirita se emplea para la obtención del hierro. Estas dos últimas no se emplean, son muy caras.

YACIMIENTOS METALÍFEROS DE HIERRO

Casi siempre se encuentran en el continente, especialmente en las montañas donde la sedimentación casi nula permite acceder a ellos con más facilidad, pero también pueden estar en el fondo del mar presentándose como lodos y sedimentos.

• Superficiales: llamadas también a cielo abierto. De explotación preferible, más segura y económica y es de destape fácil. Se le quita el manto superior de tierra con máquinas. Es útil el concepto de:

Coeficiente de destape= Volumen que puedo sacar de tierra

Volumen de mineral que puedo aprovechar

• Profundos: la explotación se hace en “galerías”, es más costoso. Se lleva a cabo si no es posible a cielo abierto. Primero se hace un pozo para encontrar el manto del mineral, luego se hacen excavaciones horizontales. Los yacimientos metalíferos en Zapla (Jujuy) son de este tipo y las antiguas minas de plata de Potosí (Bolivia), hoy de Zinc.

PROPIEDADES DEL MINERAL DE HIERRO

1) Propiedades Químicas: en los minerales óxidos por ejemplo tenemos:

ƒ Fe2O3 Hematita, es menos compacta, más fácil reducción.

ƒ Fe3O4 Magnetita, es más compacta, no tan fácil reducción.

Impureza: el más bajo % de Fósforo (P). Muy perjudicial y difícil de eliminar. La existencia de Mn es muy beneficiosa porque tiene mejor afinidad con el oxígeno que el Fe.

2) Propiedades Físicas:

a) Tamaño de partículas:

‐Grandes: mayor tiempo de reducción.

‐Chicas: menor tiempo de reducción.

Para

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