Química Industrial: Procesos Fundamentales de Metalurgia y Fabricación de Pasta de Papel

Metalurgia: Procesos de Obtención y Purificación de Metales

Concentración o Preparación de la Mena

La concentración busca enriquecer el mineral de interés, eliminando las especies sin valor (la **ganga**).

• Flotación: Enriquece lo que interesa del mineral, eliminando las especies sin valor.
• Amalgamación: Aleación de **mercurio** con otro metal o metales.
• Concentración Magnética: Minerales con propiedades magnéticas se concentran utilizando **electroimanes** que atraen al metal, pero no a la ganga.

Tratamientos Previos

• Tostación: Conversión de **sulfuros** en **óxidos** por calentamiento en aire.
• Calcinación: Conversión de **carbonatos** o **hidróxidos** a compuestos más fácilmente reducibles.

Reducción

• Reducción Química: Se emplea como agente reductor un metal más **electropositivo**.
• Reducción Electrolítica: Se emplea para metales muy **electropositivos**.

Purificación de Metales

• Destilación: Se utiliza si el metal es más **volátil** que sus impurezas.
• Electrólisis: Algunos metales se purifican electroquímicamente.
• Refinado por Zonas: Las impurezas se disuelven y el metal fundido **cristaliza**.

Metales Específicos y sus Procesos

Hierro (Fe)

Minerales principales: Pirita, Siderita, **Hematita**, **Magnetita**. En el horno se funde el mineral de hierro y se utiliza **caliza** y **coque**. El producto resultante es el **arrabio**.

Acero

Se obtiene eliminando las impurezas del arrabio y añadiendo **carbono** y otros elementos (aceros al carbono, aleados, inoxidables, de herramientas, de baja aleación ultrarresistentes...).

Tratamientos superficiales comunes: **Cincado**, **cromado**, **galvanizado**, **niquelado**, **pavonado** o pintura.

Cobre (Cu)

Minerales principales: Calcopirita, Cuprita, Azurita. Mediante **electrólisis** se consigue Cobre con alta pureza.

Aluminio (Al)

Mineral principal: **Bauxita**. Procesos clave: Proceso *Bayer* y Proceso *Hall* (**electrólisis**).

Plomo (Pb)

Mineral principal: **Galena**.

Zinc (Zn)

Mineral principal: **Blenda**.

Magnesio (Mg)

Mineral principal: **Magnesita**.

Procesos Químicos y Mecánicos en la Producción de Pasta de Papel

Composición de la Madera

La madera está compuesta principalmente por **celulosa**, **hemicelulosa** y **lignina**.

Descortezado

Métodos para eliminar la corteza:

• Tambor Rotatorio: Se elimina la corteza por rozamiento de unos troncos con otros y con chorros de agua.
• Anillo: Los troncos se descortezan individualmente en un anillo con rascadores (con poca o ninguna agua).
• Descortezador Hidráulico: Utilizado para troncos grandes; el tronco entra en una cámara donde se le aplica agua a **alta presión**.

Obtención de Pasta

Procesos Mecánicos

Se separan las fibras de **celulosa** físicamente con desfibradores. Ofrecen buen rendimiento, pero el blanqueo es difícil.

Procesos Químicos

La **deslignificación** se realiza con agentes químicos ácidos o básicos. Permiten un blanqueo más fácil, ofrecen mayor calidad y resistencia, pero tienen menor rendimiento.

Procesos Químicos Ácidos

Permiten una mejor separación de la celulosa y son más enérgicos, pero están limitados por ciertas resinas con compuestos fenólicos.

• Al Sulfito: Buen rendimiento, bajo coste, elevada blancura, se blanquea fácilmente. Limitaciones: solo apto para algunas maderas, pastas mecánicamente débiles.

Procesos Químicos Alcalinos

Los fenoles y ácidos de las resinas se eliminan en las lejías residuales.

• A la Sosa: El método más antiguo y simple.
• Al Sulfato o *Kraft*: El más utilizado. Ofrece alta velocidad de deslignificación, alto rendimiento, bajo coste, apto para cualquier madera y requiere menos tiempo de cocción.

Blanqueo

Compuestos Clorados

• Cloro Molecular (Cl₂): Antiguo, muy **contaminante**, bajo coste.
• Hipoclorito: Utilizado para pastas de celulosa con alta **viscosidad**.
• Dióxido de Cloro (ClO₂): El más utilizado, **selectivo**, inestable, tóxico y corrosivo.

Compuestos No Clorados

• Extracción Alcalina: Realizada con **Hidróxido de Sodio (NaOH)**.
• Oxígeno (O₂): En medio alcalino, elimina gran parte de la **lignina residual**.
• Ozono (O₃): Buen oxidante, sustituto del Cloro, aunque menos selectivo.
• Peróxido de Hidrógeno (H₂O₂): Poco contaminante, aunque presenta algunos problemas operativos.
• Perácidos: Se obtienen por reacción de H₂O₂ con ácido.
• Xilanasa: Enzima que elimina polisacáridos distintos de la celulosa. No contamina, pero es caro.

Parámetros de Calidad de la Pasta

La calidad se mide en función de:

• Contenido en extractos.
• Contenido en **lignina**.
• Contenido en **polisacáridos**.
• Contenido en **cenizas**.
• **Número kappa**.
• Resistencia alcalina.
• **Viscosidad**.
• Grupos saponificables.