Procés Metal·lúrgic: Extracció, Propietats i Tipus de Metalls

Metalls

Extracció

Extreure el material de la terra.

Mines

Hi ha mines de tot tipus, com les mines subterrànies o les mines a cel obert.

• Subterrànies: Amb galeries.
• A cel obert: No cal excavar túnels.

Sector

El sector que treballa en l’extracció dels minerals és la mineria.

Obtenció

Consisteix a separar la mena (part útil del mineral que conté el metall) de la ganga (part del mineral sense valor metàl·lic, que es descarta).

• Mena: Part del mineral que conté el metall útil.
• Ganga: Part del mineral sense valor metàl·lic, que es descarta.

Reducció en un forn

Escalfar el mineral en un alt forn per separar el metall de la resta (procés químic).

Concentració

Procés per augmentar la proporció de mena respecte a la ganga abans del forn (pot ser per flotació, separació magnètica, etc.).

Afinament

Procés posterior al forn per purificar el metall obtingut, eliminant impureses i ajustant-ne la composició (per exemple, per obtenir acer a partir de ferro colat).

Empreses Metal·lúrgiques

Són les empreses dedicades a l'obtenció i transformació dels metalls.

Transformació

Procés per convertir un metall en un producte acabat o semiacabat.

Indústria del Metall

Empreses que donen forma o modifiquen les propietats del metall.

Conformació

Modificar la forma del metall aplicant forces.

• Per temperatura: Aplicant calor (forja, laminació en calent).
• Per pressió: Aplicant forces amb màquines (laminació en fred, extrusió, trefilatge).
• Mecànicament: Aplicant cops o deformacions (estampació, embotició).

Despreniment

Es treballa la peça eliminant material sobrant (encenalls) per aconseguir la forma desitjada (tornejat, fresat, rectificat).

Transformació per Unió

Unir dues o més peces metàl·liques (soldadura, cargolat, reblat).

Propietats dels Metalls

• Bons conductors: Són bons conductors de la calor i l'electricitat.
• Conducció tèrmica: Capacitat de transmetre calor.
• Resistència mecànica: Capacitat de suportar forces sense trencar-se ni deformar-se excessivament.
  • Compressió: Resistència d'un material a ser comprimit.
  • Tracció: Resistència d'un material a ser estirat.
  • Flexió: Resistència d'un material a ser doblegat.
• Tenacitat: Resistència d'un material a trencar-se per un cop brusc.
• Plasticitat: Capacitat d'un material de deformar-se permanentment sota una força sense trencar-se.
• Ductilitat: Capacitat d'un metall de ser estirat en fils prims (relacionat amb la plasticitat).
• Mal·leabilitat: Capacitat d'un metall de ser transformat en làmines primes (relacionat amb la plasticitat).
• Estat líquid: L'únic metall que es troba en estat líquid a temperatura ambient és el mercuri (Hg).
• Densitat: Relació entre la massa d'un material i el volum que ocupa (els metalls solen ser densos).
• Temperatura de fusió: Temperatura a la qual un metall passa de l'estat sòlid a l'estat líquid (varia molt entre metalls).

Metalls Fèrrics i No Fèrrics

Aquesta classificació és important per les seves propietats diferents i l'abundància i ús extensiu del ferro.

• Metalls fèrrics: Contenen ferro (Fe) com a component principal. Exemples: acer, fosa.
• Metalls no fèrrics: No contenen ferro o el tenen en proporcions molt petites. Exemples: coure (Cu), alumini (Al), zinc (Zn), estany (Sn), plom (Pb), titani (Ti), níquel (Ni)...

Tipus segons Composició

• Metall pur: Format majoritàriament per un sol element metàl·lic (ex: coure electrolític).
• Aliatges: Barreges homogènies d'un metall base amb altres elements (metàl·lics o no metàl·lics) per millorar-ne les propietats.
• Acer: Aliatge de ferro (Fe) i carboni (C), amb un percentatge de carboni baix (generalment < 2%).
• Fosa: Aliatge de ferro (Fe) i carboni (C), amb un percentatge de carboni més alt que l'acer (generalment entre 2% i 4.5%).

Detalls del Procés a l'Alt Forn

A la mina s'extreu el mineral de ferro. La pedra calcària s'afegeix a l'alt forn com a fundent per ajudar a separar la ganga.

Productes de la Mena (Mineral de Ferro):

• Ferro colat de primera fusió (també anomenat lingot o arrabio): És el ferro líquid obtingut directament de l'alt forn, amb alt contingut de carboni i impureses.

Productes de la Ganga i Fundents:

• Escòria: Subproducte format per la ganga del mineral, la cendra del coc (combustible) i el fundent (pedra calcària). Flota sobre el ferro colat i s'extreu separadament.

Afinament del Ferro Colat

El ferro colat de primera fusió se sotmet a processos d'afinament per obtenir productes amb propietats específiques:

• Cubilot: Forn utilitzat principalment per refondre ferralla de ferro i fosa (fosa de segona fusió) per a peces de fosa modelada.
• Convertidor (LD, Bessemer, etc.): Recipient on s'injecta oxigen al ferro colat líquid per reduir dràsticament el contingut de carboni i altres impureses, obtenint acer.