METAL URG URGIA IA EX E X TRAC TRACTI TI VA Es la ciencia y tecnología de extracción de los metales de sus fuentes nattur na uraal es o de l os ma matteri al es de reci recicl claado y su prepar preparaci ción ón par para us usos os prácticos
Mineral
Es una sustancia natural, inorgánica y homogénea de composición química determinada. Se llama MENA a una asociación de minerales a partir de la cual se obtienen uno o más metales de forma económicamente favorable y GANGA al resto del mineral constituido por las impurezas
El tanto por cie ciento del del conte conteni nido do en me mena na de un mi mine nerral se conoce como L EY DEL DEL M I NERAL 1
CL A SI FI CA CI ÓN DE L A S M ENA NAS S M ETÁ TÁLL I CA S Tipos de Ej empl os combinación Met Metales les nativo ivos Au, Au, Grupo Pt Sul f uros
Óxi dos
Cal copi ri ta CuFeS2 Calcosina Cu2S Esf Esf al erita ri ta ZnS Galena PbS Pirita de hierro FeS2 Cinabrio HgS Molibdenita MoS2 Estibina Sb2S3 M agneti ta Fe3O4 Hematites Fe2O3 I l menit menitaa FeTi FeTiO O3 Bauxita Al 2O3 Casiterita SnO2 Periclasa MgO Cuarzo SiO2
Observaci ones También ién Ag, Ag, Bi, Hg y Cu aunque de de importancia secundaria
Menas típicas de Fe, Al, Ti, Cr, Mn, Sn, W, Si, Nb, Ta, U, Th, Lántanidos
2
CL A SI FI CA CI ÓN DE L A S M ENA NAS S M ETÁ TÁLL I CA S Haluros
Oxi sal es
Alcalinos y alcalinoterreos de depósitos salinos y aguas marinas Sal gema NaCl; silvinita KCl carna carnall i ta KCl.M K Cl.MggCl2 f l uori uorita ta Ca CaF2; Criolita AlF3.3NaF Si l i cat os Beril Beril io Be3Al 2Si 6O18; 18; Zircón ZrSiO4 Caolinita Al 2(Si (Si2O8)(OH)4 espodume podumenn Li L i A l (SiO2)2 Fosfatos Monacita CePO4 Autunita Ca(UO2)2(PO (PO4)2 Carbonatos Siderita FeCO3; Cerusita PbCO3 Smithsonita ZnCO3;Malaquita Cu2(CO3)(OH)2 dolomita MgCO3.CaCO3;Caliza CaCO3 M agnes gnesi ta MgCO3 Sulfatos Yeso CaSO4.2H .2H2O;Epsomita MgSO4.7H .7H2O Barita BaSO4; Anglesita PbSO4
Importancia metalurgia magnesio
en
la del
Metalurgias del Be, Li, Zr y Lantánidos Metalurgias del U y lantánidos
3
4
Pr opi pieedade dadess f ís ísii cas de l os M i ne nerr al alees Dureza Esccala M ohs Es Peso Especifico 1.Talco 2.Yeso Fusibilidad 3.Calcita Fractura 4.Fluorita Exfoliación 5.Apatita 6.Feldespato Tenacidad 7.Cuarzo Exfoliable Color 8.Topacio Quebradizo 9.Corindón Dúctil Brillo 10.Diamante Transparencia Maleable Fleexi Fl xibl blee e i ne nell ástitico co Flexible y elástico 5
OPERACI OP ERACI ONES I NDU NDUS ST RI RIA A L ES ES:: 1.-Selección Mecánicas 2.-Trituración Químicas Electrometalúrgicas 3.-Tamizado
4.T .Trr at ami mieent ntoo de f i no noss TRATAMII ENTO M EC TRATAM ECÁNICO ÁNICO 5.-Concentración 2. Tri Tritu tura racci ón: 2.1.Quebrantamiento Quebrantadora de Mandíbulas Quebrantadora de Rodillos 6
2.2.- Tr ititur uraació iónn 2.3 .3..- M ol ie ienda nda
Tri tura Tri turado dora ra de de Mandíbulas
M ol i no de Rodilillo loss
Por compresión Por abrasión y desgaste Por impacto
M ol i no Gi ra ratori torioo
Molilinno de Barras Mo
M ol i nos Au Auttóge7nos
3. Ta Tam mi zado: En la siguiente tabla se dan especificaciones de luz de malla de distintos tamices Esppecific Es ificaacio ione ness DIN Luzz de malla en mm Lu Diam Di ameetro del ala alam mbre mm 0,04 0,025 0,04 DIN 418 41833 0,05 0,032 0,05 DIN 418 41888 0,08 DIN 418 41888 0,08 0,05 0,1 DIN DI N 4188 0,1 0,063 0,5 0,315 0,5 DIN DI N 4188 1,0 0,63 1,0 DIN DI N 4188 2,0 1,0 2,0 DIN DI N 4188
Especif ific icaacio ione ness DIN Qd 2 DI N 4187 4187 Qd 4 DI N 4187 4187 Qd 5 DI N 4187 4187 Qd 8 DI N 4187 4187 Qd 10 DIN 4187
Ancho de la Superfi cie abierta abierta perf oración R10 de perf dell tamiz en mm 2 39 4 51 5 51 8 64 10 64
Espesor de la chapa 1 1,5 1,5 1,5 2
4.Tratamiento de finos: finos: Briqueteado Sinterización Nodulización 8
5.Concentración: 5.Concentración: 5.1.Clasificación:La 5.1.Clasificación :La base de la separación es el tamaño de las partículas guall de dens nsii dad de l as pa partrtíc ícul ulaas, las l as má máss gr grue uessas titien enen en ma mayor yor vel veloci ocida dade dess de sedi dime mentaci ntación ón -A i gua que las más finas. -A i gua guall tama tamaño, ño, la l as part partícul ículas as con mayor mayor de dens nsii da dadd ti ene nenn mayor mayor vel veloci ocida dadd de se sedi dime mentac ntacii ón. -Las partículas porosas, o con formas irregulares tienen una velocidad de sedimentación menor que las partículas esféricas o compactas con el mismo tamaño y densidad. -La velocidad de sedimentación de las partículas sólidas disminuye progresivamente al aumentar la densidad o la viscosidad del fluido.
Clasificador de Caja
Claasi f i ca Cl cado dorr de A rr rraastr tree
Lamas Pulpa Agua
Gruesos
Finos
9
5.2.Concentración por gravedad: gravedad: Basada en las densidades de las especies 5.2.1.Separación por medios densos Densidades de distintas especies minerales General es Densi dad K g/m3 Hidrocarburos/Carbón 1000 Si l i catos 2000-4500 Carbonatos, Fosf atos, Hal uros 3000-3500 Sul f uros 4000-8000 Óxi dos 2500-7000 Componente Pentacl oroetano Bromof ormo I oduro de meti l eno Sol uci ón ón de Cl eri ci ci M agneti ta Ferrosi l i ci o
Líquidos más utilizados Fórmul a CCl 3-CHCl 2 CHBr3 CH2I 2 Tl COO/COOH-CH2-COOTl Fe3O4
Densi dad K g/m3 1500 2960 3330 5200 1250-2200 2900-3400
5.2.2.Leevi ga 5.2.2.L gaci ción ón en en Ji Ji gs y me messas de Sacudi cudida da
Sistema tipo Jigs 10
5.3.Separación magnética Electroimán
5.4 .4.S .Seepar paraación El Eleectr ost át i ca
11
5.55.S 5. .Seepar paraación por Fl Floot ación Colectores: a) Aceites y derivados del Petróleo b) Ácidos y base orgánicas. Sales.
Aire Espuma
Ej .. Xan Xanta tatos tos y Diti Di tiofos ofosff atos S S
C
S OR
O
S P OR
Pulpa + ac eit eite
OR R
12
13
TRATAMII ENTO QUÍ M I CO TRATAM División de la metalurgia extrativa V ia Seca o Pi rometalur lurgi a V ia húmeda o hi drometal urgia -Calcinación -Lixiviación -Tostación Ácida Oxidante Básica Sulfatante Neutra Clorurante -Purificación y/o concentración Aglomerante Métodos químicos convencionales Otras Cementación -Fusión Resinas de intercambio de ión Reductora Extracción con disolventes Ultrareductora -Precipitación Neutra Electrólisis Oxidante Cementación -Volatilización Métodos Químicos Reductora Oxidante De haluros De carbonilos -Ele -El ectróli ctról i si s ig ignea nea -Metalotermia 14
Pirometalurgia: Ventajas y Desventajas V entaj as Desventaj as Velocidades de reacción muy grandes No apta para el tratamiento de minerales pobres Altas producciones en reactores rela rel ativame ti vament ntee peque pequeños ños Relativamente mala selectividad y poca eficacia en reacciones químicas de Apto para recibir alimentaciones de separación. minerales complejos. Procesos que transcurren, a menudo, en Idónea para alimentaciones varias etapas. heterogeneas formadas por minerales de diversas procedencias. Problemas medioambientales con los residuos gaseosos y el ruido. Hidrometalurgia: Ventajas y desventajas V entaj as Desventaj as Posibilidad de tratar minerales pobres e Velocidades de reacción lentas i nclus nclusoo mar margina ginall es. Poca producción por reactor Alta selectividad y alto grado de Sensible a variaciones en la separación en las reacciones químicas. composición de la alimentación. Alta pureza de los productos. Problemas en la eliminación y Fácil control y optimización almacenamiento de los residuos sólidos generados. Ausencia de polución por gases. Problemas con las aguas residuales. 15
PROCES PRO ESOS OS H I DRO DROM M ETA ETALL ÚRG ÚRGII CO COS S Metalurgia de la plata 1) Tos Tosta taci ción ón cl clorura orurante nte 2)Ci 2)Ciaanu nura raci ción ón y 3) Pre reci cipi pita taci ción ón Ag + O2 + 4NaCN 2 Na[Ag [Ag((CN)2] + 2NaOH A gCl + 2NaCN Na[A [Agg(CN)2] + NaCl NaCl Reducción 2Na[Ag(CN)2] + Zn Zn(CN)2 + 2Ag + 2NaCN Metalurgia del oro Amalgamación. Cianuración: 2Au + 4Na NaC CN + H2O + O2 2 Na[ Na[ A u(CN)2] + 2NaOH El oro se precipita por adición de Zn Redu Re ducc ccii ón 2Na[ 2Na[ A u(CN)2] + Zn Zn(CN)2 + 2Au + 2NaCN 16
Produ roducción cción de Alumin Aluminio io Proceso: Proc eso: Hall-Herault Hall-Herault
Produ roducción cción de d e Ba Bauxi uxita ta Meta etalur lurgia gia del alum alumini inioo 17
Método Bayer Bayer , puri purificación ficación de ba bauxitas uxitas Entre la lass bauxita bauxitass desta destaca can: n: hidrargilit hidrargilitaa -Al2O3.3H2O bohemita -Al 2O3 .H2O y el dia diasporo sporo - Al 2O3.H2O. Minerales que acompañan a las bauxitas: Silicatos: Cuarzo SiO2 y ca caol i ni ta A l 4Si 4O10(OH)8; óxidos óxi dos de hi hieerr rroo Fe3O4, sulfuros de hierro FeS En el proceso (vía húmeda) de tratamiento con NaOH (Na NaOH( OH(aac) 50% 50%,, 6-8ho 6-8hora rass, 160-170ºC, 160-170ºC, 6-7 atm atm ) En presencia de sílice: SiO6A l 2Na2.2 .2H H2O ins i nsol olub ubll e +(ac) A l32O 2NOH aOH (ac)+ (a c)+ 2Na++(ac) +l(OH) H2O4] -(ac) A l 2O + 32Na 2+NaOH + 3H 3H22OA l O2-2Na 2[Al(OH) 2[A Fe2O3 + 3NaOH Fe(OH)3(s)+H2O Fe2O3 + 3NaOH Fe(OH)3(s) + H2O 18
Cristalización -(ac) + CO (g)+ 2H O 2AlO 2 2 2 2Na[Al(OH) 4](ac) + CO2(g)
2-(ac) 2Al(OH) + CO 3 2Al(OH)33 + Na2CO 3 + H2O
Índ ndic icee de alcalin alcalinid idad ad adecuado NaO NaOH/ H/N NaAlO2=Na2O/Al 2O3 Calci alcinació nación: n: 2Al(O 2Al (OH H)3
A l 2O3 + 3H2O
1º par parte te en vía v ía SEC SECA A A l 2O3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2 Fe2O3 + Na2CO3 2NaFeO2 + CO2 SiO Si O2 + CaO CaSi O3 A l O2- + 2H2O FeO2- + 2H2O
Al(OH)3 + OHFe(OH)3 + OH19
Reducción del metal en PR PRO OCES ESOS OS H I DRO DROM M ET ETAL ALURG URGII CO COS S ELECTRÓLISIS El ectro ctroll i si s de Na NaCl Cl f undido (-) Cátodo: Na+ + eNa Eºre redd=-2 -2,,71V (+) Á no nodo do:: 2C 2Cll - Cl 2 + 2e- Eºred=1,36V 2Na+ + 2Cl - 2Na + Cl 2 Eºcelda=-2,71-(1,36)=-4,07V Electrolisis de una disolución acuosa de NaCl (-)Cátodo: Na+ + eNa Eºred=-2,71V 2H2O + eH2 + 2OH- Eºred=-0,83V Á no nodo do:: 2C 2Cll - Cl 2 + 2e2H2O 4H+ + 4e- + O2 2H2O + 4Cl -
Eºred=1,36V Eºred=1,36V
H2 + 4OH- + 4H+ + Cl 2 Eºcelda=-0,83-(1,36)=-2,19V
Sobrevoltaje: factor cinético, no termodinámico
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ELECTRÓLISIS Reducción de óxidos metálicos:
Ej:: Obte Ej btenc ncii ón de al um umii ni nio: o: (criol (cri olii ta Na3A l F6) A l 3+ + 3e- Al(l). C + 2O2- CO2(g) + 4ey en alguna medida la reducción directa del óxido 2O2- O2(g) + 4eElectrolito
Debe ser conductor Con un punto de fusión bajo Resistente y duradero a la tpa de trabajo
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Reducción electrolítica de alúmina Cátodo: Al Al(III (III)) + 3e 3e- Al(l). La reacción en el ánodo es la oxidación del ánodo de carbono C + 2O2- CO2(g) + 4eY en alguna medida la reducción directa del óxido 2O2- O2(g) + 4e-.
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Productos Secundarios: Obtención de Aluminio 1.-Lodo rojo altamente básico en la purificación de bauxita (Tanques de sedimentación) (reel l eno de titieerr (r rraas, re reuti utill i za zaci ción ón en en al al tos hornos hornos)) 2.-Fluoruro de hidrógeno gaseoso, cuando la criolita reacciona con rastros de humedad del óxido de aluminio. (las emisiones se absorben en un lecho de filtración)
A l 2O3(s (s)) + 6HF(g HF(g))
2A l F3(s) + 3H2O(g)
3.-Óxidos de carbono producidos en el ánodo. (CO y CO2) 4.-Fluorocarbonos, producidos por reacción del flúor con el ánodo de carbono.(CFCs)
Aplicaciones
A l 3+ + 3eFe2+ + 2e-
Al Fe
Eº= -1,66V Eº= -0,44V
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Reducción del metal en PR PRO OCES ESOS OS H I DRO DROM M ET ETAL ALURG URGII CO COS S CEMENTACIÓN Cons Consii ste en intr introdu oduci cirr en en la la dis disoluci olución ón que conti contieene el i on metá metáll i co que se quiere reducir un metal menos noble que el, lo que da lugar a la descarga de los iones y separación del metal. Por ej ej empl mpl o la l a l i xivi xi viaación ción (ext (extra racc ccii ón medi mediaante un líqui líquido do de l os iones del metal) de minerales oxidados de cobre con disoluciones ácidas produce disoluciones de Cu2+ de la que puede cementarse el cobre empleando chatarra de hierro. Cu 2+ + Fe Cu + Fe2+ O bie bien de l as dis di soluci ol ucione oness al cal cal i nas nas obteni obtenida dass al tratar con cia ci anuros al cál cál i nos l os mine mi nerral es de oro oro y pla pl ata, puede puedenn se separ pararse l os met metal es por el tratamiento con cinc. 2[Ag(CN)2] Na + Zn Zn (CN)2 + 2Ag + 2NaCN 2NaCN 25
PROCESOS PIROMETALÚRGICOS TOSTACIÓN Tosttaci Tos ción ón Oxida Oxi dante nte Tostación clorurante: 2NaCl(ll ) + 2O2(g (g)) 2MS + 3O2 2SO2 + 2M 2M O M S + 2NaCl( M A s2 + 2O2 A s2O3 + M O Na2SO4(s (s)) + MC M Cl 2 Como resultado de la tostación se obtiene a) MO = Fe2O3, ZnO, CuO; ZnSO4; Fe2Zn ZnO O4; MX. b) SO2 REDUCC EDUCCII ÓN DE CARBO ARBONATOS NATOS Y SI SI L I CATOS M ETÁL ETÁLII COS MCO3 CO2 + MO CaCO3 + MSiO3 CaSiO3 + CO2 + MO
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PROCESOS PIROMETALÚRGICOS REDUC EDUCC CI ÓN DE ÓXIDO ÓXI DOS S M ETÁL ETÁLII COS M O + R M + RO G= H-T S Reacción Ca + 1/2O2 CaO CaO Be(c) + 1/2O2 BeO BeO Mg + 1/2O2 M gO 2Al + 3/2O2 A l 2O3 corindón Ba + 1/2O2 BaO BaO Zr + 1/2O2 ZrO2 Ti( ) + 1/2O2 TiO Ti O2 rutilo Si + O2 Si O2 cristobalita M n + 2O 2O2 M n3O4 corindón 2Cr + 3/2O2 Cr2O3 3Fe( )+ 2O2 Fe3O4 magnetita Fe( )+ 3O2 Fe2O3 hematites Fe( )+1 )+1/2O /2O2 FeO magnetita C(gráfito)+O2 CO2 (g) (g) C(gráfito)+1/2O2 CO (g)
Ho K cal /mol -151,80 -144,220 -144,090 -404,08 -134,590 -262,980 -228,360 -228,360 -332,400 -274,670 -268,310 -200,000 -65,320 -93,690 -25,400
Ho Kcal/mol.equivO -75,925 -72,110 -72,045 -67,346 -67,295 -65,745 -57,090 -57,090 -41,550 -45,778 -33,539 -33,330 -32,660 -23,442 -12,700 27
DIAG DI AGR RAMA DE EL EL L I NG NGH H AM
Ecuación de una recta Gº = A + BT Gº = Hº -T Sº 28
La pendiente de cada línea es igual al cambio de entropía de la reacción cambiada de signo Cuando se produce un cambio de fase se modifica la pendiente de la línea puesto que el cambio de fase supone una variación en la entropía del sistema. Las líneas poseen pendientes similares, prácticamente son paralelas porque el cambio de entropía al pasar el oxígeno gas a óxido sólido es similar en todos los casos La reacción de un metal con oxígeno para formar un óxido sólido produce una disminución de la entropía porque la estructura del óxido sólido es más ordenada que un metal y un gas. Como consecuenci consecuenciaa G aumenta al aumentar aumentar l a temperatura mperatur a L os cambi cambios os de de pendi pendieente durante durante la l a fus fusii ón son son mucho menores menores quedurante que durante l a subl sublii maci mación ón porque por que van acompañados compañados de menores cambios cambi os de entr ntropía opía Cuando Cuando una una l ínea al canza canza l a región región de varia ri ación ci ón de energí nergíaa l i bre posi posi tiva, ti va, el el óxido óxi do des descompone compone sucede así con Fe2O3 a 1500oC o con Ag2O, HgO a tempe tempera raturas turas i nferiore nferi oress Cualqui Cual quieer óxi óxido do pue puede de ser r educi ducido do a una de dett er mi minada nada t empe mperr atur a por t odo odoss l os el eme ment ntos os que se encuentran por debajo en la gráfica. La línea que nos indica la formación de CO2 es casi horizontal puesto que el cambio de entr ntropía opía es prác práctitica came mente nte nul nuloo al al trtraans nsff ormar un mol de O2 en un mol de CO2. La línea para la formación de CO tiene pendiente negativa pues en este caso la transformación de un mol de ox oxígeno ígeno en en 2 moles mol es de CO supone supone un aume aument ntoo de l a en entrtropía opía y por tan antto una dissmi di minuci nución ón de l a en eneergí rgíaa l i bre. Este he hecho cho es es de gran interés i nterés,, ya que todas l as de demá máss l ínea íneass son interceptada i nterceptadass y por tanto todos los los óx óxi dos pue puede denn se ser reduci ducidos dos con car carbón a tem empe perratur turas as más o menos elevadas.. CO act actúa úa tambi tambiéén como espe especi ciee reductor ductoraa transf transf or orma mandos ndosee en CO2 , es capaz de reducir a todos los óxidos de los metales que se encuentra por encima en la gráfica, a las temperaturas 29 adecuadas en cada caso
30
Óxidos de carbon carbonoo Hº 2C(s) + O 2(g) C(s) + O 2 (g)
2CO(g) CO 2 ( g)
2CO(g) + O 2 ( g)
[1] [ 2]
2 CO2 (g)[3]
Sº
KJ .m .mol ol-1
J .K- 1mol - 1
-221,0 -393,5 -565
+178 +3 -86
Equi li br io de d e Bo Boudou doua ar d
2 CO(g)
CO 2 (g) +C(s)[4] CO
Hº = - 172 72,K ,Kjj / mol Sº= Sº = - 176 76,5 ,5 J .K- 1mol- 1
2
CO
31
Gº= Hº-T Sº Gº= -RTlnK ) l o m . J K ( º G
2CO
Sº = (
CO2 + C [4] [4]=[2]-[ =[2]-[1] 1] 2
Gº<0 K>0
Hº/ T)
[3] Sº= -172 [2] Sº Sº= = +3 [1] Sº= +178
Temperatura K
978
SºJ.K.mol -1
C 6
O2 204
CO 197
CO2 213
32
DIAG DI AGR RAMA DE EL EL L I NG NGH H AM
Influencia de la presión G = Gº -RTlnPO2 2MO + 2CO
2M + 2CO2
En condiciones no estándar 2CO + O2 2CO2 G = Gº -RTlnPCO2 /PCO
33
DIAG DI AGR RAMA DE EL EL L I NG NGH H AM Gº = A + BT Gº = Hº -T Sº Al + Cr2O3
Al2O3 + Cr
Go <0
Go (Cr2O3) > Go (Al2O3) Go = Go (Al2O3) - Go (Cr2O3)
2Al + 3/2SiO2
Al2O3 + 3/2Si
Go <0
Go (SiO2) > Go (Al2O3) Go = Go (Al2O3) - Go (SiO2)
34
M ETALUR ETALURG GI A DEL H I ER ERR RO. Ejemplo de reducción carbotérmica Principales minerales de hierro A l tos ho horno rnoss Fe2O3 he hema matti tes, Fe3O4 magnetita,2Fe2O3.2 .2H H2O limonita, FeCO3 siderosita y FeS2 pirita Tragante Cuba Tragante
35-40m 1000m3
Etalaje Crisol Base o Solera
Vientre Vida media = 1,5-2años 35
Principales reacciones de los altos hornos 1).For 1).Formaci mación ón de los los age agente nt es r educt du ctor orees gas gaseosos osos CO, CO , H2 C(s) + H2O CO + H2 (>600ºC) H=+131K J 2C(s) + O2 2CO (1700ºC) H=-221K J C(s) + CO2 2CO H=+41K cal C(s) + O2(g) 2CO2 H=-94Kcal 2) Reducción Reducción de d e l os óxidos óxi dos de hie hi er r o CO + Fe2O3 2FeO + CO2 (900ºC) CO + Fe3O4 3FeO + CO2 (900ºC) FeO FeO + CO Fe + CO2 (900ºC) 3H2 + Fe Fe2O3 2Fe + 3H2O (900ºC) Esponja de hierro FeO FeO + C Fe + CO a nivel ni vel del del vie vi entre ntre: 1500ºC 1500ºC 3Fe + C Fe3C 3).For 3).For maci maci ón de l a es escor cor i a des dest i nada Fe O , a eliminar impurezas Coque 200ºC CaCO3 CaO + CO2 (800-900ºC) CaO + Si Si O2 CaSiO3(l) (l ) (12 ( 1200 00ºC) 1000ºC 6CO + P4O10 2Ca3(P (PO O4)2 (1200ºC) 4)For 4)For maci maci ón de i mpur ezas zas en el el hie hi er r o Ai r e M nO + C M n + CO (140 (1400oC) 2000ºC Si O2 + 2C Si + 2CO (1400oC) oC) P O + 10C 4P + 10C ( 1400 4 10 Fe Lodos 36 2 3
Ai re
A CER CERO O : Pr oducc duccii ón de de acer o en en Conver Conver t i do dorr es El arrabio contiene por lo general las siguientes impurezas: Car Carbono: bono: dis di suel uel to en en el el f undi undi do en en forma f orma de ceme cementi ntita ta Fe3C al canza nza alrededor del 4%. Fósforo: los fosfatos son más fáciles de reducir que los óxidos de hierro y el P se disuelve en el hierro como ferrofosfóro. Azufre: es otro componente indeseable, se reduce repartiéndose entre el arrabi rabioo y l a escoria cori a. M angane nganesso: Todos los los mine minerral es de hie hi erro conti conti enen nen mangane manganesso, algunos en proporción del 2-3%. A diferencia de los anteriores el manganeso es un elemento deseable. Niquel-cobre, pasan al arrabio en su mayor parte. Plomo, funde a 600oC y tiene un peso especifico superior al del Fe. Arsénico. Se encuentra en forma de arseniuro en el mineral, pasa por completo al arrabio, es una impureza indeseada 37
A CER CERO O : Pr oducc duccii ón de de acer o en en Conver Conver t i do dorr es Convertidor Bessemer Convertidor Thomas Convertidor L.D El método del bajo hogar o Siemens Martins.
38
1)C 1) Com ombus bustión tión del S y Si.
5m 8-10m
Convertidor Bessemer Óxidos Ácidos SiO2 Convertidor Thomas Óxidos Básicos CaO, MgO
Si + O2 SiO2 S + O2 SO2 2)Combu ombustión stión de dell C C + 1/2O2 CO 3)Com ombus bustió tiónn de P. 2P + 5/2O2 P2O5 ombus bustió tiónn de Fe 4)Com Fe + O2 Fe2O3
5)RECARBURACIÓN Adición Adición de de ferroma ferromangane nganeso so con %C
Convert Conve rtii do dorr L.D L .D (Linz Dusenverfahren, lanza de linz) (ace cerro al al oxí oxíge geno) no) BOF (bas (basi c oxyge xygenn f urnace urnace)) 39
40
41
Aleaciones E l e m e n to Ni Ni Cr Cr y N i W Co-W Si Ti
% Propiedades Aplicaciones 25 Tenacidad 36 No se dilata acero invar -Dureza placa de blindaje 20-8% Resistencia Química Nirosta, acero inoxidable 15-18% No se destempla acero de giro rápido 40-2,5%Magnético Imanes permanentes 10-13% R Re esistencia a los ácidos Aparatos Químicos Inercia química
Efecto Efe cto de los elementos alea aleantes ntes en las las características características de los aceros para herramie herramientas ntas
Características Dureza a alta te Dur tem mpera rattura Resis iste tenc ncii a al des desga gasste po porr fric fri cción Endurecim imie iennto profu funndo Disstorsi Di torsión ón míni mínima ma en el temple Ressi stenci Re tenciaa al i mpa mpacto cto I nerci a Quími ca .
Elemento tungsteno, molib tun libddeno, cobalto lto,, va vannadio io,, cromo, manganeso. vana va nadio, dio, tun tunggste teno no,, mo moll ibde ibdeno no,, crom cromoo, mang ngaaneso. manganeso, molib libddeno, cromo, silic ilicio io,, níquel, vanadio io.. molii bde mol bdeno, no, Cromo, ma manga ngane nesso. vanadi vana dio, o, tu tungs ngsteno, teno, mol molii bde bdeno, no, ma mangane nganeso so,, cromo 42 Ti tani o
R e d u c c i ó n M e t a l o t é r m i c a d e Óx Ó x i d os os Diagrama de Ellingham, se sue uell e uti utill i za zarr Si , Ca y sob obre re todo todo Al Al 2Cr2O3 + 3S 3Sii
4Crr + 3S 4C 3Sii O2
ALUMINOTERMIAS M g, Ca, Ca, Sr, Sr, Ba Ba, V, V , Cr etc. HIDROGENOTERMIAS W, M o, Ti Ti,, V , Co, Ni Ni,, Re 43
METO ME TODO DO KROLL: KROLL : Reducción de haluros TITANIO Ti O2 + C + Cl 2 TiCl 4 + 2CO TiO iCll 4(g) + 2FeCl 3 + 6CO(g RUTILO 2FeTiO3 + 6C + 7Cl 2 (900ºC) 2TiC T i O2 TiCl 4 + 2Mg (900ºC) Ti + 2Mg MgC Cl2
ZIRCONIO ZrO2 + 2Cl 2 + 2C (900°C) ZrCl 4 + 2CO ZrCl 4 + 2M 2Mgg (110 (1100° 0°C) C) 2M 2MgCl gCl2 + Zr Se ob obtitieene nen: n: Si , Ti Ti,, Zr Zr,, Hf Hf,, Sc, L a, V , Nb, Be Be,, K , Rb Rb,, Cs etc. Cloración directa: TiO Ti O2 + Cl 2 + C Ti TiC Cl 4 + CO + (COCl 2 ,C ,CO O2) Estto suce Es sucede de con A g, Hg, Pb, Pb, Cd, Cu, Mn, Mn, Ni, Ni , Zn, Sn, Sn, Fe En el caso de sulfuros MS + Cl 2 M Cl n + S
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REFIN RE FIN O DE D E META L ES Cemen Cementac tación ión,, Au y Ag Electrólisis, Cu y metales nobles
Ejemplo EXTRACCIÓN DE COBRE PIROMETALURGÍA 4CuFeS2(s) + 9O2(g)
CuFeS 2, Calcopi Calcopi rita
2Cu2S(l) + Fe 2O3(s) + 6SO2(g)
Fe2O3(s) + 3SiO 2(s) Cu2S(s) + 3O2(g) Cu2S(l) + 2Cu 2O(s)
u 2+ A l 6( P O 4) 4( O H ) 8· 4 H 2O A zul turques turquesaa
Fe2(SiO3)3(l)
2Cu2O(s) + 2SO2(g) 6Cu(l) + SO 2(g)
Obtención de la mata de cobre 45
46
47
HIDROMETALURGÍA 4CuFeS2(s) + H2SO4(ac) + 4O2(g) (g) 2CuSO4(ac) + Fe2O3(s) + 3S(s) + H2O(l) 2H2O(l) O2(g) + 4H+(ac) + 4eCu2+(ac) + 2e- Cu(s) REFINO ELECTROLÍTICO
Cu2+(ac) + 2e- Cu(s) Cu(s) Cu2+(ac) + 2e-
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REFIN RE FIN O DE D E META L ES Descompos Descomposición ición térmica térmica Ej haluros haluros y carbonilo carboniloss
Método Mond: Mond: Obtención de níquel Ni(s Ni (s)) + (CO (CO)(g) )(g) Ni Ni(CO (CO))4(g (g)) Ni(CO)4(g) Ni Ni(s (s)) + 4(C 4(CO)(g) O)(g) M ét odo Van Ar A r k el -de Boe Boer o método de los TiO Ti O2 + I 2 Ti TiII 4(g) + 1/2O2(g)
A nivel de laboratorio.
yoduros
TiII 4(g) Ti
Ti(s Ti (s)) + 2I2(g (g))
M ét odo de f usi usi ón por zonas 49
50