Tema 7_IQ

Tema 7. Introducción a los elementos
metálicos y Metalurgia.
El enlace en los metales. Conductores y
semiconductores. Los metales en la
naturaleza. Preparación de la mena.
Producción de los metales. La metalurgia
del
hierro.
Manufactura
del
acero.
Purificación de metales.
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Metales y no metales
No metales
Metales
Propiedades físicas
Malos cond. Electricidad
Buenos cond. Electricidad
No son dúctiles
Dúctiles
No son maleables
Maleables
Sin brillo
Brillo metálico
Sólidos, líquidos o gaseosos
Sólidos
Bajos puntos de fusión
Altos puntos de fusión
Malos conductores del calor
Buenos conductores del
calor
Propiedades Químicas
No reaccionan con ácidos
Reaccionan con ácidos
Forman óxidos ácidos
Forman óxidos básicos
Forman aniones
Forman cationes
Forman haluros covalentes
Forman haluros iónicos
Introducciónde
a los elementos
y
¿Definen estas propiedades
modo metálicos
unívoco
un metal?
metalurgía
2
No Metales
Metales
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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¿Qué es un metal?
•Brillo metálico
Si y I tienen superficies muy brillantes y no son metales
Minerales como la pirita (FeS2) también tienen brillo metálico
•Densidad elevada
Enorme variabilidad: La densidad del Li es la mitad de la del agua y la del Os
es 40 veces la del Li
•Dureza elevada
Los metales alcalinos son muy blandos.
•Maleabilidad y Ductilidad
Algunos metales de transición son
quebradizos
•Alta conductividad térmica
Aún siendo común entre los metales, sin
embargo el C(diamante) tiene una de
las conductividades térmicas más
importantes
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Definición estricta de metal
La propiedad que mejor define un
metal es la elevada conductividad
eléctrica tridimensional
El C( grafito) tiene una elevada
conductividad bidimensional, T<18ºC el
Sn no conduce la electricidad. A
presiones fáciles de alcanzar, el I es
conductor de la electricidad.
Criterio físico
Metales: la conductividad eléctrica disminuye con la temperatura
No metales: la conductividad eléctrica aumenta con la temperatura
Criterio químico
Metales: tienden a perder electrones para formar especies catiónicas
No metales: tienden a ganar electrones para formar especies
aniónicas
Sea cual sea el criterio elegido siempre quedan algunos
elementos en la región Introducción
limítrofe:
a lossemimetales
elementos metálicos y (B, Si, Ge y Te)
metalurgía
5
No metales
Metales
Metales de la
primera serie de
transición en
orden:
Sc, Ti, V, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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El enlace en los metales
Cualquier modelo de enlace debe dar cuenta de las propiedades de los metales
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Se puede describir al metal como
una red de iones positivos en un
mar de electrones
•Los electrones no están unidos a ningún ion particular y son móviles:
explica la conductividad eléctrica.
•Al no estar enlazados a ningún átomo, no están limitados en su capacidad
de absorber fotones de luz visible.
•Los electrones de la superficie son capaces de irradiar luz de la misma
frecuencia que la luz incidente: brillo
•Por efecto de presión externa, se puede desplazar una capa de iones
metálicos pero la estructura interna permanece inalterada y el mar de
electrones se reajusta rápidamente: maleabilidad y ductilidad
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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El enlace metálico. Empaquetamiento
compacto
Los átomos se sitúan los mas cerca posible.
Segunda capa
Primera capa
Tetraédrico
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
Octaédrico
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REDES METÁLICAS COMPACTAS
Tercera capa
A
ABA Empaquetamiento hexagonal compacto(HCP)
ABC Empaquetamiento cúbico compacto(CCP)
C
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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El enlace metálico
band
a
E
n
e
r
g
í
a
Antienlace
Enlace
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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La conducción en los metales y la teoría de bandas
Aislante
No conductor
Semiconductor P
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
Semiconductor N
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Los metales en la naturaleza: minerales
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Los metales en la naturaleza: minerales
Metales nativos
Carbonatos
Halogenuros
Óxidos
Fosfatos
Silicatos
Sulfuros
Sulfatos
Ag, Au, Bi, Cu, Pd, Pt
BaCO3 (witberita), CaCO3 (calcita, piedra caliza),
MgCO3 (magnesita), CaCO3, MgCO3 (dolomita),
PbCO3 (cerusita), ZnCO3 (smithsonita)
CaF2 (fluorita), NaCl (halita), KCI (silvita), Na[AlF6]
(criolita)
Al2O32H2O(bauxita), Al2O3 (corindón), Fe2O3
(hematita) FO3O4 (magnetita), Cu2O (cuprita),
MnO2 (pirolusita), Sn02 (casiterita), TiO2 (rutilo),
ZnO (zincita)
Ca3(PO4)2 (roca fosfórica), Ca5(PO4)3OH
(hidroxiapatita)
Be3Al2Si6Ol8 (Berilo), ZrSiO4 (zircón), NaAlSi3O8
(albita), Mg(Si4O1o)(OH)2 (talco)
AgS (argentita), CdS (grenoquita), Cu2S
(calcocita), FeS2 (Pirita), HgS (cinabrio), PbS
(galena), ZnS (esfalerita)
BaSO4 (Barita), CaSO4 (anhidrita), PbSO4
(anglesita), SrSO4 (celestita), MgSO4 7H2O
(epsomita)
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Los metales en la naturaleza: minerales y su localización geográfica
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Trituración del mineral
Preparación de los minerales
Trituración
del mineral
Tamizado
del mineral
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Enriquecimiento de minerales
SEPARADOR MAGNÉTICO
CICLÓN
ALIMENTACIÓN
Rotación
Cilindro
Descarga del
concentrado
magnético
Imanes
Salida del material no magnético
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metalurgía
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SEPARADOR POR FLOTACIÓN
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Obtención de Metales
Metal
Litio, sodio, magnesio, calcio
Aluminio
Cromo, manganeso, titanio,
vanadio, hierro y zinc
Mercurio, plata, platino, oro
Proceso de reducción
Reducción electrolítica del cloruro
fundido
Reducción electrolítica del óxido
anhidro (en criolita fundida)
Reducción del óxido metálico con un
metal mas electropositivo, o reducción
con coque y monóxido de carbono
Estos metales se encuentran en estado
libre (nativos) o pueden obtenerse por
tostación de sus sulfuros
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Calores de reacción de diferentes óxidos y diagrama de Ellingham simplificado que recoge
la variación de energía libre de Gibss en función de la temperatura para algunos de ellos.
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Obtención de hierro
Alimentación de mineral, carbón y otros
Aire comprimido y caliente
Escoria
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
Hierro fundido
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Obtención de acero
Método Bessemer
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
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Obtención de acero
Acero al oxígeno
Tipos de acero Composición
(porcentaje en masa)*
Tipo
C
Mn
P
Plain
S
1.35
1.65
0.04
Herramientas, productos laminados
0.05
Righ-stren
0.25
1.65
Construcción,turbinas de vapor.
0.05
Si
Ni
0.06
Cr
-
Otros
Cu(0.2-0.6)
Righ-strength
0.04
0.15-0.9 0.4-1.0 0.3-1.3Cu(0.01-0.08)
Inoxidable
0.03-1.2 1.0-10
0.04-0.06 0.031-3 1-22
Utensilios de cocina, navajas de rasurar.
Introducción a los elementos metálicos y
metalurgía
4.0-27
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Refino de metales
Electrolisis
Destilación
•Destilación. Los metales
que tienen bajos puntos de
ebullición,
como
el
mercurio, el magnesio y el
zinc, se pueden separar de
otros
metales
por
destilación fraccionada
Fusión por zonas
Horno
Zona fundida
Barra de Silicio
Impurezas
Cátodo
Ánodo
Barros anódicos
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