CONCEPTO.
La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos. La metalúrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnología y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.
HISTORIA.
El cobre fue uno de los primeros minerales trabajados por el hombre, ya que se lo encuentra en estado casi puro (cobre nativo) en la naturaleza. Junto al oro y la plata fue utilizado desde finales del Neolítico, golpeándolo, al principio, hasta dejarlo plano como una lámina. Después, como consecuencia del perfeccionamiento de las técnicas cerámicas, se aprendió a fundirlo en hornos y vaciarlo en moldes, lo que permitió fabricar mejores herramientas y en mayor cantidad. Posteriormente se experimentó con diversas aleaciones, como la del arsénico, que produjo cobre arsenicado, o la del estaño, que dio lugar al bronce.
El hierro comenzó a ser trabajado en Anatolia hacia el tercer milenio a. C.. Este mineral requiere altas temperaturas para su fundición y moldeado, para ser así es más maleable y resistente. Algunas técnicas usadas en la antigüedad fueron el moldeo a la cera perdida, la soldadura o el templado del acero. Las primeras fundiciones conocidas empezaron en China en el siglo I a. C., pero no llegaron a Europa hasta el siglo XIII, cuando aparecieron los primeros altos hornos.
El proceso de adquisición de los conocimientos metalúrgicos fue diferente en las distintas partes del mundo, siendo las evidencias más antiguas de fundición del plomo y el cobre del VII milenio a.C., en Anatolia y el Kurdistán.2 3 En América no hay constancia hasta el I milenio a.C.4 y en África el primer metal que se consiguió fundir fue el hierro, durante el II milenio a.C.5
El empleo de los metales se debió, inicialmente, a la necesidad que se creó el hombre de utilizar objetos de prestigio y ostentación, para, posteriormente, pasar a sustituir sus herramientas de piedra, hueso y madera por otras mucho más resistentes al calor y al frío (hechas en bronce y, sobre todo, hierro). Los utensilios elaborados con metales fueron muy variados: armas, herramientas, vasijas, adornos personales, domésticos y religiosos. El uso de los metales repercutió, a partir de la generalización del hierro, de diversas formas en la conformación de la civilización humana:
Se intensificó la producción agropecuaria.
El trabajo se especializó y diversificó.
Aumentaron los intercambios.
Se institucionalizó la guerra.
En la Edad Media la metalurgia estaba muy ligada a las técnicas de purificación de metales preciosos y la acuñación de moneda.
Principios básicos de metalurgia
Los metales en estado sólido, están formados por un conjunto de cristales denominados granos, que tienen diferentes formas y tamaños según los elementos químicos que lo componen, la forma de fabricación del material: Fundido, laminado, forjado, y los tratamientos térmicos de templado, revenidos, etc. a que fue sometido.
Las propiedades de los metales dependen justamente de esos tres factores, composición, método de fabricación y tratamientos térmicos.
Los metales en estado sólido, están formados por un conjunto de cristales denominados granos, que tienen diferentes formas y tamaños según los elementos químicos que lo componen, la forma de fabricación del material: Fundido, laminado, forjado, y los tratamientos térmicos de templado, revenidos, etc. a que fue sometido.
Las propiedades de los metales dependen justamente de esos tres factores, composición, método de fabricación y tratamientos térmicos.
CLASIFICACIÓN DE LA METALURGIA
Los metales de acuerdo con criterios técnicos los podemos dividir por las siguientes características.
- Densidad: Metales ligeros y metales pesados limite ~ 4,5 gr/cm3
- Punto de Fusión: Metales de bajo punto de fusión (por debajo de los 10000 C) Metales de punto de fusión medio (entre 1000 y 20000 C) Metales de punto de fusión alto (por encima de 20000 C)
- Estabilidad Química: Metales Nobles por Ej. Oro, Plata, Platino, Metales no Nobles como: Hierro, Zinc, Aluminio, etc.
- Significado para la Industria: Metales Férreos y Metales no Férreos
- Elaboración: (Obtención de brutos, conformación, separación y ensamblaje) Materiales Fundibles y Materiales Maleables.
PROCESOS METALÚRGICOS
Los procesos metalúrgicos constan de dos operaciones: la concentración, que consiste en separar el metal o compuesto metálico del material residual que lo acompaña en el mineral, y el refinado, en el que se trata de producir el metal en un estado puro o casi puro, adecuado para su empleo. Tanto para la concentración como para el refinado se emplean tres tipos de procesos: mecánicos, químicos y eléctricos. En la mayoría de los casos se usa una combinación de los tres.
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.
ENSAYOS.
Objetivos de los ensayos.
- Conocer las propiedades de los nuevos materiales, la influencia de la composición química o de los tratamientos térmicos.
- evaluar el futuro comportamiento de una pieza en servicio.
- determinar las posibles causa del fallo en servicio de una pieza y las formas de evitarlo en el futuro.
- seleleccionar los materiales mas adecuados para un determinado uso.
Clasificacion de los ensayos.
- Químicos: Determinar la Composición química y resistencia a los agentes químicos del material.
- Metalográficos: Emplear microscopios para observar la macro y micro estructura, es decir, el tratamiento mecánico y térmico que ha sufrido el material.
- Físico: Evaluar las propiedades físicas y detectar heterogeneidades y defectos internos del material.
- Mecánico: Evaluar la elasticidad y resistencia del material.
PROCEDIMIENTOS MECÁNICOS
Como se ha dicho, la concentración pretende aumentar la riqueza metálica del mineral por medio de la eliminación de la mayor cantidad posible de sustancias no aprovechables.
La separación entre la ganga y la mena se realiza mediante diversos procedimientos, cuya aplicación depende del mineral:
manual;
por agitación o por arrastre con corriente de agua, previa trituración en molinos adecuados;
por flotación, utilizados en lo sulfuros (se pulveriza el mineral y se colocan en agua a la que se han añadido un aceite mineral y una sustancias espumante; a continuación, la mezcla se agita y se le atraviesa por una corriente de aire; con ello, la ganga va al fondo y las partículas metálicas se adhieren el aceite y flotan en la espuma);
por formación de escoria, método que consiste en adicionar al mineral un fundente, el cual con la ganga da lugar a la escoria; este método es el más frecuentemente utilizado.
lixiviación procedimiento parecido al de flotación , se le agrega agua al mineral y una pequeña cantidad de aceite, solo que en este caso se filtran los componentes.
PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS
Se realiza por medio de calcinación o de la tostación y tiene por objeto facilitar la operación de reducción. La calcinación se efectúa en los hornos de cuba ( o de cal) para eliminar por la acción del calor el dióxido de carbono contenido en los carbonatos y obtener así los óxidos metálicos.
También se emplea la calcinación para tratar hidróxidos:
La tostación se utiliza para la obtención de óxidos de metales pesados. Se practica calentando fuertemente el mineral en presencia del aire. Esta operación se aplica en especial a los sulfuros.
Reducción: Para esta operación se emplea el carbono, C , o el monóxido de carbono, CO, aprovechando la propiedad de que el metal y el carbono no se combinan.
Cuando el metal se combina con el carbón, hay que buscar otro agente reductor (hidrógeno, aluminio, calcio y magnesio)
Afinación: también llamado enriquecimiento o purificación, consiste en la eliminación de impurezas que quedan en el metal tras la reducción de su óxido.
Electrolisis: Electroquímica, parte de la química que trata de la relación entre las corrientes eléctricas y las reacciones químicas, y de la conversión de la energía química en eléctrica y viceversa. En un sentido más amplio, la electroquímica es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes.
El método de galvanizado más frecuente es el proceso de inmersión en caliente. Se aplica un baño químico (inmerso en ácido) al hierro para limpiarlo de polvo, grasa y suciedad. Después se lava y se introduce en cinc fundido. En un proceso llamado sherardización, se recubre el producto con polvo de cinc y se calienta en un tambor cerrado durante varias horas a una temperatura entre 300 y 420ºC. Otro método de galvanizado consisten en depositar el cinc mediante galvanoplastia para obtener una capa de espesor uniforme.
Anodizado: tratamiento antioxidante para que los metales resistan la corrosión. Se recubre con una película de óxido de aluminio que no se desprende del metal protegiéndolo. A este tipo de aluminio se le denomina aluminio anodizado
PRINCIPALES YACIMIENTOS
Oro : Elemento químico, metal amarillo, el más dúctil y maleable de todos, muy pesado, sólo atacable por el cloro y el bromo y el agua regia. Su símbolo es Au , su número atómico 79 y su peso atómico 196,96.
Cobre: Elemento químico, metal de color rojizo, tenaz, muy dúctil, maleable y uno de los mejores conductores de la electricidad; entra en muchas aleaciones (bronce y latón); se encuentra nativo, pero con mayor frecuencia combinado en forma de óxidos o sulfuros minerales. Su símbolo es Cu , su número atómico 29 y su peso atómico 63,546.
Plata: Elemento químico, metal noble muy dúctil y maleable; buen conductor del calor y la electricidad; se alea con el cobre para la fabricación de monedas. Su símbolo es Ag , su número atómico 47 y su peso atómico 107,8.
Hierro: Elemento químico, metal dúctil, maleable, muy tenaz, magnético y fácilmente oxidable, que formando diversos compuestos es abundantísimo en la naturaleza. Su símbolo es Fe , su número atómico 26 y su peso atómico 55,84.
Aluminio: Elemento químico, metal de color blanco, ligero, maleable y resistente a la oxidación; se obtiene de la bauxita y se emplea para utensilios, cables eléctricos y, puro o en aleación, para piezas de avión y automóvil. Su símbolo es Al , su número atómico 13 y su peso atómico 26,98.
4. Carga y Acarreo del Mineral. Una vez que el mineral es fracturado, por efecto de la voladura es removido por palas electricas desde los frentes de produccion. Las palas cuentan con baldes de 7,6m3. Se usa adicionalmente cargadores frontales con capacidad de 6m3 cada uno. Para el Acarreo del Mineral de los frente de produccion hasta la plataforma o andenes de carga con capacidad para 35 vagones de 90 t cada uno, se utiliza camiones de 90 y 170 toneladas.
