Metalurgia: Procesos, Obtención y Tratamientos de Metales Industriales
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Metalurgia: Propiedades y Procesos de Obtención de Metales
Propiedades de los Metales
Los metales se caracterizan por:
- Ser electropositivos (tienden a perder electrones).
- Conducir calor y electricidad.
- En estado sólido, presentar una estructura cristalina con átomos dispuestos en una red regular.
- Ser isotrópicos (presentan las mismas propiedades en todas las direcciones).
Conceptos Clave en Metalurgia
- Mineral: Sustancia de origen natural con una composición química característica dentro de un cierto intervalo.
- Mena: Depósito mineral cuya concentración es adecuada para extraer un metal específico.
- Ganga: Parte no útil del mineral.
Fases de la Técnica Metalúrgica
La técnica metalúrgica comprende las siguientes fases:
- Obtención del metal a partir de uno de sus minerales (mena).
- Afino o purificación del metal.
- Preparación de aleaciones.
- Tratamientos mecánicos, térmicos o termoquímicos para su mejor utilización.
Aleaciones
Una aleación es una disolución sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con uno o más no metales.
Procesos Metalúrgicos: Obtención del Metal
- Concentración: Separación de la mayor parte de la ganga.
- Preparación química del mineral: Tostación o calcinación.
- Reducción.
Preparación de la Mena
- Flotación: Eliminación de especies materiales sin valor.
- Amalgama: Aleación de mercurio con otro metal.
- Aislamiento magnético: Concentración de minerales con propiedades magnéticas marcadas (ej. magnetita) mediante electroimanes.
Tratamientos Previos
- Tostación: Conversión de sulfuros en óxidos por calentamiento en aire.
- Calcinación: Conversión de carbonatos o hidróxidos a otros compuestos más reducibles.
Reducción Química y Electrolítica
- Reducción química: Se emplea un metal más electropositivo como agente reductor.
- Reducción electrolítica: Se utiliza para metales muy electropositivos.
Métodos de Purificación
- Destilación: Se aplica si el metal es más volátil que sus impurezas.
- Electrólisis: Utilizada para purificar metales como Cu, Ag, Au y Al.
- Refinado por zonas: Las impurezas se disuelven y el metal fundido cristaliza.
Metalurgia del Hierro y Obtención de Acero
La metalurgia del hierro implica la reducción química de los minerales con carbón en un alto horno.
Obtención de Acero
El acero se obtiene eliminando las impurezas del arrabio (producto de fundición de los altos hornos) y añadiendo cantidades adecuadas de carbono y otros elementos. La conversión de hierro en acero es un proceso de oxidación.
Proceso simplificado:
- Extracción del mineral de hierro.
- Transporte del mineral.
- Preparación del mineral.
- Alto horno (con aire): se obtiene escoria y arrabio.
- Procesamiento del coque y la piedra caliza (refinado, calentado, lavado, quebrado, cribado).
Protección del Acero contra la Oxidación y Corrosión
Debido a su susceptibilidad a la oxidación, el acero se protege con tratamientos superficiales:
- Cincado: Recubrimiento con zinc.
- Cromado: Recubrimiento con cromo para protección y embellecimiento.
- Galvanizado.
- Niquelado: Baño de níquel.
- Pavonado: Tratamiento al ácido para pequeñas piezas (ej. tornillería).
- Pintura.
Reacciones Químicas en la Obtención de Acero
- El carbón se combina con el oxígeno, generando CO y CO2 (gases eliminados).
- El manganeso se oxida y pasa a la escoria (silicatos).
- El silicio experimenta un proceso similar al manganeso.
- El azufre se elimina con cal, formando sulfuro de silicio en la escoria. La presencia de manganeso favorece la desulfuración.
Obtención de Aluminio
La bauxita es la principal mena de aluminio, compuesta por óxido de aluminio hidratado e impurezas (principalmente hierro).
Proceso de Bayer
- Molienda de la bauxita.
- Adición de sosa cáustica a alta temperatura y presión, formando minerales de aluminio disueltos.
- Separación de la ganga.
- Recristalización del hidróxido de aluminio.
- Calcinación a altas temperaturas para obtener alúmina.
Proceso de Hall
Obtención de aluminio mediante electrólisis.