Grupo: Joaquín Aranda, Matías Saldaño, Micaela Quinteros, Leandro Fernández, Jonathan Cabrera

Profesora: Graciela Leszman Curso: 4º3ªNaturales Colegio: El nacional. E.E.S Nº7

Trabajo Práctico Metalurgia

Un mineral es una sustancia natural, de composición química definida, normalmente sólido e inorgánico, y que tiene una cierta estructura cristalina. Es diferente de una roca, que puede ser un agregado de minerales o no minerales y que no tiene una composición química específica. La definición exacta de un mineral es objeto de debate, especialmente con respecto a la exigencia de ser abiogénico, y en menor medida, a que deba tener una estructura atómica ordenada. El estudio de los minerales se llama mineralogía.

Hay más de 5.300 especies minerales conocidas, de ellas más de 5.070 aprobadas por la Asociación Internacional de Mineralogía. Continuamente se descubren y describen nuevos minerales, entre 50 y 80 al año.

La definición general de un mineral comprende los siguientes criterios:2

Ser de origen natural; Ser estable a temperatura ambiente; Estar representado por una fórmula química; Ser generalmente abiogénico (no resultado de la actividad de los organismos

vivos); Y tener disposición atómica ordenad

MINERALES

MINAS: Es el conjunto de excavaciones e instalaciones que se realizan para extraer minerales de la tierra. Las minas se pueden dividir en dos clases: Minas a cielo abierto y minas subterráneas. CANTERA: Una cantera es una explotación minera, generalmente a cielo abierto, en la que se obtienen rocas industriales, ornamentales o áridos. Las canteras suelen ser explotaciones de pequeño tamaño, aunque el conjunto de ellas representa, probablemente, el mayor volumen de la minería mundial.

MENA Y GANGA: Una mena de un elemento químico, generalmente un metal, es un mineral del que se puede extraer aquel elemento porque lo contiene en cantidad suficiente para poderlo aprovechar. Así, se dice que un mineral es mena de un elemento químico, o más concretamente de un metal, cuando mediante un proceso de minería se puede extraer ese mineral de un yacimiento y luego, mediante metalurgia, obtener el metal a partir de ese mineral. Asociado al concepto de mena, está el de ganga. Se llama así al conjunto de todos los minerales sobrantes que se encuentran asociados a la mena en la roca extraída en un yacimiento. La ganga hace que la ley del metal disminuya, por lo que es necesario separarla de la mena, como primera etapa en la concentración y obtención del metal.

Minas, canteras, la mena y la ganga

MINA MENA

CANTERA GANGA

Elementos nativos

Sulfuros Sulfosales

Halogenuros haluros

Óxidos e hidróxidos

Boratos, nitratos y carbonatos

Sulfatos, cromatos, volframatos y molibdatos

Fosfatos, arseniatos y vanadatos

Oro Pirita halita  Oligisto azurita Plata apatito

Plata Calcopirita percloropentano  corind

ónmalaquita  Mercurio piromor

fita. Platino Galena dibromo-

butano casiterita 

nitroglicerina

Bario Fosfato de Calcio

Cobre Blenda  1-bromo-2-buteno

 limonita 

Turmalina Plomo Fosfato de hierro

Categorías de los minerales

ORO PIRITA HALITA OLIGISTO

AZURITA PLATA APATITO

La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos, hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones.

Procesos metalúrgicos; Los procesos metalúrgicos comprenden las siguientes fases: Obtención del metal a partir del mineral que lo contiene en estado natural, separándolo de la

ganga. El afino, enriquecimiento o purificación: eliminación de las impurezas que quedan en el

metal. Elaboración de aleaciones. Otros tratamientos del metal para facilitar su uso. Operaciones básicas de obtención de

metales: Operaciones físicas: triturado, molido, filtrado (a presión o al vacío), centrifugado, decantado,

flotación, disolución, destilación, secado, precipitación física. Operaciones químicas: tostación, oxidación, reducción, hidrometalurgia, electrólisis, hidrólisis,

lixiviación mediante reacciones ácido-base, precipitación química, electrodeposición, cianuración.

La industria metalúrgica es una industria de procesamiento de metales, es decir, que toman

todo tipo de metales como el plomo, el acero, el bronce, el aluminio, el cadmio, etc. y lo funden para realizar otro producto determinado. Por ejemplo se mezcla mineral de hierro con aluminio y cadmio y se consigue un acero, para determinados usos. O se mezcla cobre y aluminio y otro componente que ahora no recuerdo y se obtiene bronce.

Metalurgia y la industria

Industria metalurgica

Las explotaciones mineras abarcan áreas comparativamente pequeñas, pero su impacto sobre el ambiente puede ser muy grande. Como, necesariamente, nuestro desarrollo ha estado vinculado con la disponibilidad de minerales desde la edad de piedra, la forma razonable de establecer un equilibrio entre los beneficios y las consecuencias de las explotaciones mineras, es modelar antes y durante las actividades de extracción y beneficio los efectos contaminantes de ellas y diseñar su  mitigación.

La contaminación con metales se produce fundamentalmente a través de los drenajes mineros ácidos (DMA) y la erosión de escombreras y depósitos de colas de explotaciones. Los DMA se producen por la acción del agua y el oxígeno sobre la pirita (FeS2), que normalmente acompaña las mineralizaciones metalíferas, y las soluciones acuosas resultantes incorporan los metales pesados de la mena. Como los DMA pueden incorporarse a la red fluvial, la dispersión de sus contenidos aumenta y puede tener influencia muy lejos de su lugar de origen y extenderse mucho después que las actividades extractivas han cesado.

La forma más eficiente de controlar los DMA es soterrar los desechos de explotación por debajo del nivel freático para impedir la oxidación, pero esto encarece mucho los emprendimientos. La recuperación de la cubierta vegetal sobre las escombreras previene la erosión, aunque no los DMA, que pueden ser temporalmente neutralizados con el uso de carbonatos. Las actividades de explotación dispersas y precarias, pero muy extendidas, que por su propia naturaleza ignoran las consecuencias de su accionar, son difíciles de controlar y pueden causar contaminaciones significativas. Un ejemplo es la contaminación con mercurio en la cuenca del Amazonas, derivada del tratamiento de recuperación del oro por el método artesanal de la amalgamación.

La contaminación atmosférica producida por los humos de las refinerías puede introducir importantes cantidades de elementos volátiles en el ambiente.

Contaminación por Explotaciones Mineras

Contaminación ambiental causada por la minería

Aproximadamente un 5% de la corteza terrestre es hierro; raras veces se encuentra en forma libre o nativa, tan solo cuando procede de meteoritos.

La mayor parte esta combinado con oxigeno, silicio y azufre formando los siguientes minerales:

Hematita: Fe2O3

Magnetita: Fe3O4

Limonitas: Fe2O3.H2O Siderita: FeCO3

Pirita: FeS2 Silicatos complejos A la metalurgia del hierro se llama siderurgia; el hierro se extrae principalmente de la

hematita y en menor proporción de la magnetita, en Perú el yacimiento de hierro se encuentra en Marcona (departamento de Ica) cuya explotación esta a cargo de la compañía China Shougan Hierro-Perú. La siderurgia del hierro se desarrolla en el Perú principalmente en el puerto de Chimbote.

La extracción del hierro se realiza principalmente en el alto horno en la cual se lleva a cabo la reducción de la hematita y se produce el arrabio y como subproductos escoria y gases. El arrabio se aglomera en bolitas llamados pellets, lo cual sirve para elaborar el acero.

Metalurgia del hierro

◦ Los óxidos de hierro obtenidos en la tostación se reducen por la acción del coque en grandes hornos denominados “altos hornos” empleándose un fundente adecuado; principalmente es la piedra caliza o carbonato de calcio (CaCO) impuro lo cual con el calor se descompone dando lugar a la formación de cal.

◦ CaCO3(s) + calor → CaO(s) + CO2(g)

◦ Lo que se forma con la ganga del mineral (constituidas por arcillas principalmente) es la escoria, que será separada del hierro.

◦ El hierro y la escoria fundidos, dentro del “alto horno” se separan por gravedad; la escoria es menos densa y flota sobre el hierro líquido de modo que por la parte superior se extrae la escoria y por la parte inferior se recibe el hierro fundido denominado también “hierro cochino o arrabio” que es muy duro y quebradizo por lo que se usa para hacer piezas moldeadas, que no serán sometidas a grandes esfuerzos. El hierro cochino liquido no es puro, tiene diversas impurezas (azufre, fosforo), principalmente carbono (2% á 5%) y se eliminan por oxidación; luego se trasladan a los hornos de fabricación del acero (convertidores) o bien se transforman en “hierro dulce” o “hierro forjado”

Alto horno

Esquema del alto horno

Actualmente, el proceso de fabricación del acero se completa mediante la llamada metalurgia secundaria. En esta etapa

se otorgan al acero líquido las propiedades químicas, temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones e impurezas deseados. La unidad más común de metalurgia secundaria es el horno cuchara. El acero aquí producido está listo para ser posteriormente colado, en forma convencional o en colada continua.

Metalurgia del acero

Los procesos de la llamada Metalurgia Secundaria se han establecido para lograr diversos objetivos técnicos, que van desde el control de gases hasta la formulación de la composición del acero.

Estos objetivos técnicos propios de la metalurgia secundaria son: El control de gases, mediante la reducción de oxígeno, hidrógeno y nitrógeno en el acero. Alcanzar bajos contenidos en azufre, normalmente menores de 0,01 por ciento Conseguir aceros más limpios, eliminando inclusiones no metálicas, como óxidos. Controlar la morfología de las inclusiones, dedo que es inevitable que éstas existan. Encajar de manera precisa la composición del acero El acero líquido fabricado en el convertidor al oxígeno o en el horno eléctrico de arco no puede

considerarse totalmente acabado. Normalmente es necesario completar las operaciones de afino, ya que el horno eléctrico se centra en la fusión y desfosforación, y el convertidor en la descarburación y desfosforación.

Hay que considerar, además, que han aumentado las exigencias de los usuarios del acero, que piden especificaciones rigurosas.

La respuesta a estos factores viene dada por la incorporación de la metalurgia secundaria, que cumple un papel esencial en la producción de acero de alta calidad.

La metalurgia secundaria se lleva a cabo en equipos diversos, como hornos de cuchara, convertidores e instalaciones de vacío.

Las técnicas que utiliza son variadas: vacío, agitación con gas inerte, con oxígeno y con gases reactivos.

Metalurgia secundaria

El aluminio, a pesar de ser tan abundante en la corteza terrestre, presente en los aluminosilicatos, no es muy práctico extraerlo de la mayor parte de las rocas o minerales que lo poseen, así que, éste viene preparado industrialmente, partiendo de la alúmina (Al2O3), un óxido de aluminio que viene extraído de las menas de alúmina previamente hidratada, cuya fórmula es Al2O3 . x H2O, la cual es una roca sedimentaria que recibe el nombre de bauxita.

Productos siderúrgicosAl contrario de la obtención del hierro, la preparación del aluminio no se puede realizar de manera

industrial por reducción química, por lo que se hace necesaria la reducción de la alúmina a través de corriente eléctrica.

La alúmina es una material de tipo refractario que posee un alto punto de fusión, por lo que es conveniente realizar previamente la disolución en criolita, Na3AlF6, el cual tiene un punto de fusión que ronda los 1000ºC, pero aún así es bastante inferior al punto de fusión de la alúmina, el cual es de 2015ºC.

La alúmina en criolita, a modo de baño fundido, es un conductor de la corriente eléctrica, siendo la reducción del aluminio realizada de manera electrolítica. El proceso global presenta la siguiente fórmula:

Al2O3 → 2 Al (cátodo) + 3/2 O2 (ánodo)El oxígeno que se produce reacciona con el ánodo de carbono, consiguiendo consumirlo y formar

CO2.Se obtiene así, el aluminio fundido, siendo más denso que el baño fundido, por lo cual se suele

acumular en el fondo, de donde se extrae directamente para poder pasar a solidificarlo en lingotes. La obtención de aluminio consume grandes cantidades de energía.

Obtención de Aluminio

Obtención del aluminio

Proceso de obtención del cobreEl cobre está presente en la corteza terrestre principalmente en forma de minerales sulfurados como la

calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) y calcosina (Cu2S). El contenido en cobre de estos minerales es bajo, alrededor de un 0.5% en minas a cielo abierto y hasta un 2% en minas subterráneas.

El cobre también se presenta en forma de minerales con oxígeno como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración.

Según sea la mena, el proceso de extracción del cobre será diferente, así tenemos: Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas (pirometalurgia) Extracción de cobre a partir de menas de óxido (hidrometalurgia) Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas Alrededor del 90% del cobre que se produce en el mundo proviene de los minerales de sulfuro. La

extracción tiene cuatro etapas: Concentración por flotación Tostación Fusión de mata Afino Extracción de cobre a partir de las menas de oxido: hidrometalurgia Aunque el cobre se presenta más frecuentemente en la forma de sulfuros, también se presenta en forma

oxidada como carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, particularmente en África. Estos minerales oxidados, cuando están presentes en cantidad suficiente en la mena, puede ser reducidos directamente a cobre impuro en el alto horno, como se hacía en el pasado. Pero en la actualidad las menas que se explotan tienen una concentración muy baja de cobre, por lo que es necesario recurrir a otras técnicas como la lixiviación mediante ácido sulfúrico seguida por la precipitación o por la electrólisis del cobre de la solución.

Obtención del cobre

Obtención del cobre

Los metales son los elementos químicos capaces de conducir la electricidad y el calor, que exhiben un brillo característico y que, con la excepción del mercurio, resultan sólidos a temperatura normal. El concepto se utiliza para nombrar a elementos puros o a aleaciones con características metálicas.

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.1

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:

El agente oxidante es aquel elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.

El agente reductor Es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir siendo oxidado.

Reacción redox: Zn + AgNO3 → Zn(NO3)2 + Ag

Estados de oxidación:Reducción: Ag pasa de estado de oxidación + 1 a 0Oxidación: Zn pasa de estado de oxidación 0 a +2

Semireacciones:Zn → Zn+2 + 2e-

2 Ag+ + 2e- → 2Ag

Los metales y la oxido-reducción