Guia Completa del Procés Metal·lúrgic: Metalls, Minerals i Aliatges de Ferro

El Procés Metal·lúrgic: Extracció i Transformació

La metal·lúrgia és l'art d'extreure metalls de les seves menes, refinar-los i preparar-los per al seu ús. Encara que alguns metalls es poden trobar en estat pur a la natura, per a l'obtenció de la majoria cal seguir un procés similar al següent:

Fases Clau del Procés Metal·lúrgic

• Mineria: Extracció del mineral d'un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metall d'altres components que l'acompanyen.
• Metal·lúrgia Extractiva: Separació del metall dels altres elements amb els quals es troba combinat químicament.
• Indústries Metal·lúrgiques: Elaboració del metall obtingut per a la fabricació d'articles útils.

Els Minerals i la Reducció de Metalls

Els metalls es troben als minerals combinats químicament amb altres elements.

Composició dels Minerals

Els minerals aprofitables per a l'extracció de metalls estan formats per dues parts principals:

• Mena: La part aprofitable del mineral, que és rica en metall.
• Ganga: La part no aprofitable, ja que és pobre en metall.

Un cop extret el material, el primer procés que hem de dur a terme és el d'enriquiment, que consisteix a separar al màxim els dos components (mena i ganga).

La Reducció de Metalls: El Paper del Carbó

Des de l'antiguitat, s'ha utilitzat el carbó en la reducció de metalls. Aquest té una gran capacitat de combinació amb l'oxigen i, a més, la seva combustió proporciona l'energia calorífica necessària per elevar les temperatures requerides en el procés.

Aliatges Metàl·lics: Propietats i Formació

Definició i Característiques dels Metalls

• Metalls: Les seves característiques els converteixen en els materials més utilitzats. Es barregen amb altres elements per formar aliatges. Les seves propietats principals inclouen: elevada conductivitat (tèrmica i elèctrica), gran resistència mecànica, opacitat, lluentor i elevada temperatura de fusió.
• Aliatge: S'obté a partir de la unió de dos o més elements químics (amb un mínim d'un metall). Un cop format, presenta característiques pròpies, sovint millorades respecte als metalls purs.

Solidificació dels Aliatges: Fases

Durant la solidificació d'un aliatge, es poden distingir diferents fases:

• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de liquidus, l'aliatge es trobarà completament líquid.
• Àrea de fase líquida + sòlida: En aquesta fase, hi haurà una part líquida i una de sòlida coexistint.
• Àrea de fase sòlida: Per sota de la línia de solidus, l'aliatge es trobarà completament en estat sòlid.
• Punt eutèctic: Proporció específica en què els punts de fusió de dos o més components coincideixen, resultant en la temperatura de fusió més baixa per a aquesta barreja.

El Ferro i els seus Aliatges de Carboni

El ferro pur és un element químic que no té gaires aplicacions industrials a causa de la seva baixa resistència mecànica i a la corrosió. Industrialment, s'anomena ferro pur l'aliatge ferro-carboni quan el contingut de carboni és inferior al 0,03%.

La Solidificació del Ferro: Varietats Al·lotròpiques

Segons com es distribueixen els àtoms d'un metall quan es troba en estat sòlid, donen lloc a diferents materials amb propietats diverses. Les diferents maneres en què es pot presentar un metall pur s'anomenen varietats al·lotròpiques. En el cas del ferro, es coneixen les següents:

• Varietat delta (δ): És el moment en què la massa passa de fase líquida a sòlida. La temperatura es manté constant a 1539 °C.
• Varietat gamma (γ): La temperatura baixa lentament fins als 1390 °C i es torna a mantenir constant mentre la massa canvia la seva estructura cristal·lina.
• Varietat alfa (α): La temperatura continua decreixent fins a arribar als 912 °C (aproximadament 900 °C), on es manté constant mentre la massa canvia la seva estructura cristal·lina.
• Varietat alfa (α) magnètica: Finalment, la temperatura baixa fins als 770 °C (punt de Curie, aproximadament 750 °C) i la seva estructura magnètica canvia, conservant-se fins a arribar a temperatura ambient.

Si es refreda el ferro lentament, s'obtindrà la varietat alfa. Per obtenir altres varietats o microestructures específiques, caldrà controlar la velocitat de refredament dins dels intervals de temperatura corresponents.

Aliatges Ferro-Carboni: Constituents Clau

La combinació de factors com la velocitat de refredament i el percentatge de carboni en el compost dona lloc als diversos constituents dels aliatges ferro-carboni. Els constituents més importants són: la ferrita, la cementita, la perlita, l'austenita i la martensita. Aquestes diferents estructures cristal·lines confereixen propietats diverses als sòlids resultants.