TRABAJO DE QUÍMICA METALURGIA 1.−¿Que es la metalurgia?

TRABAJO DE QUÍMICA
METALURGIA
1.−¿Que es la metalurgia?
R− Técnica de la obtención y tratamiento de metales desde el mineral, pudiendo éstos formar entre sí o con
otros elementos aleaciones. La metalurgia de los metales férreos (hierro y sus aleaciones), se denomina
siderurgia, que es la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que
contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero y las fundiciones.
2.−Concepto de Mena y Ganga
R− Mena: es el mineral a partir del cual se extrae un metal, tal como se encuentra en el yacimiento.El mineral
objeto de comercialización se suele encontrar en la explotación asociado a otros minerales que no son
aprovechables. Éstos se conocen como gangas o desperdicios.
Ganga: La ganga suele ser una fracción de silicatos o de otros minerales sin interés, pero puede ocurrir que un
mineral que se considere ganga en un yacimiento sea de interés en otro.
3.−a)Caracteristicas del cobre.
El cobre tiene un color rojo pardo característico se ve una superficie limpia con luz reflejada, pero no
transparencia las laminas delgadas son verdes. Es un material bastante pesado, siendo su peso especifico 8,92
a 20°, y es un excelente conductor del calor y la electricidad. El metal fundido se mezcla rápidamente con
muchos otros metales formando aleaciones. El cobre funde a 1083°C.
El cobre no quema al aire, pero se convierte gradualmente en óxidos cuprosos (Cu2O) y cuprico (CuO) sobre
su superficie cuando es calentada al rojo vivo.
El cobre esta debajo del hidrógeno en la serie electroquímica y por lo tanto no reacciona con los ácidos a
menos que sean substancias oxidantes.
El cobre reacciona rápidamente con el ácido nítrico, formándose óxidos de nitrógeno. Con el ácido diluido, se
forma oxido nítrico (junto con pequeña cantidad de peroxido de nitrógeno), mientras que con el ácido
concentrado predomina el peroxido de nitrógeno:
3 Cu + 8 HNO3 ? 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
Cu + 4 HNO3 ? Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
Aunque no es afectado por el aire seco a la temperatura ordinaria, la exposición al aire húmedo hace que se
forme un hermoso revestimiento verde.
Puede ser obtenido en cristales octaédricos (sistemas cúbico).
b)Uso del Cobre.
Después del hierro, el cobre es el metal más útil que disponemos. Son empleadas cantidades enormes en las
industrias eléctricas.
El cobre se emplea extensivamente en la industria química y es un constituyente valioso en muchas
aleaciones.
Las aleaciones del cobre son muy utilizadas para fabricar monedas.
El latón es una aleación bastante blanda, que se puede doblar fácilmente, tornear, o trabajar. Los bronces son
metales duros y tenaces.
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c)Tipos de Mena
Las menas importantes son los sulfuros de cobre calcosina y covellina, también esta cuprita malaquita y la
calcopirita.
d)Constitucion del Latón y el Bronce.
Latón, aleación de cobre y cinc. El latón es más duro que el cobre, es dúctil y puede forjarse en planchas finas.
Antiguamente se llamaba latón a cualquier aleación de cobre, en especial la realizada con estaño.
Para obtener latón, se mezcla el cinc con el cobre en crisoles o en un horno de reverbero o de cubilote. Los
lingotes se laminan en frío. Las barras o planchas pueden laminarse en varillas o cortarse en tiras susceptibles
de estirarse para fabricar alambre.
Los componentes del bronce varían; así, cuando
contiene al menos un 10% de estaño, la aleación es
dura y tiene un punto de fusión bajo. Los nombres de
las variedades de bronce provienen de los
componentes adicionales, como el bronce
al aluminio, el bronce al manganeso y el bronce
al fósforo. El bronce es más resistente y duro que
cualquiera otra aleación común, excepto el acero,
que le supera en resistencia a la corrosión y facilidad
de lubricación.
e)Procesos de obtencion.
Lixiviación, proceso de lavado que realiza el agua que se infiltra en el suelo.
La disolución, movilización y precipitación de las moléculas e iones del suelo depende de varios factores,
como el pH y la temperatura. El responsable último del tipo de lixiviación, como del tipo de suelo formado, es
el clima. El horizonte o nivel A de un suelo se denomina, también, nivel de lixiviación, de eluviación o de
lavado, porque es el que resulta empobrecido como resultado de este proceso. Por el contrario, el horizonte B
se denomina nivel de iluviación o de acumulación, porque en él se produce el depósito de las sales
procedentes del lavado del nivel superior. Se suelen acumular carbonatos, nitratos y sulfatos de hierro, calcio
o aluminio.
La lixiviación es un proceso a tener en cuenta desde el punto de vista ambiental, dado que si se han producido
vertidos contaminantes en superficie, la lixiviación puede provocar la contaminación de los suelos
subyacentes o de las aguas subterráneas. Para evitar algunos de estos problemas, al instalar un vertedero de
basuras o una balsa de decantación de instalaciones mineras o industriales hay que impermeabilizar la base
para evitar el lixiviado y posible contaminación del subsuelo.
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Mineral oxidado: se refiere a los óxidos de cobre, que es una de las formas en la que se encuentra el cobre en
la naturaleza.
Flotación: procedimiento que permite concentrar el cobre de la pulpa de material mineralizado que viene del
proceso de molienda. En las celdas de flotación se hace burbujear oxígeno desde el fondo de manera que las
partículas de cobre presentes en la pulpa se adhieren a las burbujas de aire y así suben con ellas y se acumulan
en una espuma. La espuma rebasa hacia canaletas que bordean las celdas y que lo llevan al proceso de
decantación.
Mineral sulfurado de cobre: se refiere a un mineral que tiene cobre en forma de sulfuros.
f)Esquema del proceso de producción del cobre.
g)Cobre blister: (blister copper)
Cobre producido a partir de la fusión de la mata o eje en los hornos convertidores con una pureza de 99,5%.
Este cobre es llevado a los hornos de refino y de moldeo desde donde se obtiene el cobre anódico que va a la
electrorrefinación. Su nombre proviene del aspecto que tienen los productos moldeados en su superficie
(blister = ampolla).
h)Donde se genera
La mayor parte del cobre se extre y por ende se genra de minerales como la CALCOSINA,
COBNELITA,CALCOPRITA,BORNITA,ENAGRITA O DE LAS MENAS DEL COBRE, CUPRITA
MALAQUITA.
4.−a)YACIMIENTOS DE HIERRO CHILENOS
Los yacimientos de hierro chilenos más importantes de Chile se encuentran en la Cordillera de la Costa de las
regiones de Atacama y Coquimbo (III y IV Regiones) constituyendo la denominada Franja Ferrífera de la
Cordillera de la Costa o Franja Ferrífera Chilena
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(Fig.1); esta es una franja longitudinal de depósitos ferríferos que se extiende por más de 600 km entre las
latitudes de 26º y 32ºS y que coincide con la posición de una faja de
intrusivos del Albiano ("110−100 Ma; Cretácico Inferior alto) y con la posición de la Zona de Falla de
Atacama en su extremo sur.
Yacimientos chilenos de Fe 2
Las minas de Fe chilenas más importantes son:
Mina Los Colorados: inaugurada en 1998 y ubicada al interior del Valle del Huasco en
la III Región y viene a reemplazar al antiguo yacimiento El Algarrobo, que debe cerrar
por agotamiento del mineral. Sus reservas son 245 Mt con ley media de 48% Fe.
Mina El Algarrobo: ubicada en la III Región y en explotación desde 1959. Sus
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reservas medidas alcanzan a 3,6 Mt con 47,5% Fe (ley de corte 26% de Fe magnético).
Mina El Romeral: ubicada en la IV Región, sus reservas medidas alcanzan a 44,5 Mt
con 49,1% Fe (ley de corte 30% Fe).
Todas estas minas son explotadas por la Compañía Minera del Pacífico, filial de la empresa privatizada CAP.
La producción chilena de mineral de Fe en 1998 alcanzó a 9.112.055 toneladas de mineral, pero este gran
tonelaje se tradujo en 163,3 millones de US$, lo que representa solo un 2,7% del total del valor las
exportaciones mineras chilenas del mismo año (US$ 6.097,7).
La escasa participación porcentual del mineral de Fe en el mercado minero chileno refleja el bajo precio del
hierro en los mercados internacionales. Por otra parte, cabe señalar que la mayor parte del hierro producido en
el mundo proviene de la explotación masiva de enormes depósitos sedimentarios de hierro bandeado (BIF)
proterozoicos como las itabiritas de Brasil; este tipo de yacimientos representan una dura competencia para
depósitos más pequeños como los chilenos. Brasil es el mayor productor de hierro de Latinoamérica y en 1998
produjo 199,5 millones de toneladas de mineral de hierro (además de 25.7 Mt de acero y 25 Mt de hierro en
barras) y exportó 150 Mt de mineral de hierro con un valor de US$ 3.250 millones. Además, Brasil es el líder
sudamericano en minería, sus exportaciones mineras de 1998 alcanzaron a US$ 11.122 millones (casi el doble
del valor de las exportaciones mineras chilenas) y una parte importante de la producción minera brasileña es
para consumo interno (no se exporta).
Los depósitos de hierro chilenos han sido también denominados:
Yacimientos de magnetita−apatito (Ruiz et al., 1965)
Magnetita hospedada en rocas volcánicas (Cox y Singer, 1986)
Yacimientos tipo Kiruna (Vivallo y Henríquez, 1997)
Los cuerpos de menas corresponden a principalmente a magnetita masiva y forman lentes o bolsonadas
irregulares, pero muchos son vetiformes o mantiformes. Las dimensiones delos principales cuerpos
individuales varían entre 100−1000 m de longitud y desde decenas a 200 m de ancho y su extensión vertical
varía desde pocas decenas de metros hasta 650 m.
b)Nombre minerales de hierro.
Algunos tipos de minerales de hierro extraídos son:
• La siderita (FeCO3) es un carbonato de hierro. Tiene un color pardo−rojizo y su raya es blanca. La
ley en hierro es del 48 %.
• El hematites u oligisto (Fe2O3) es un óxido de hierro. Es de color rojo anaranjado, a veces plateado,
su raya es roja y la ley en hierro es del 70 %.
• La goethita (FeO2H) es un hidróxido de hierro. Es el principal componente de la limonita, si bien a
veces aparece como mineral aislado. Es de color negro y su raya es pardo − amarillenta y posee leyes
de hasta un 60 − 70 % en hierro. Cristaliza habitualmente como una masa llena de bultos esferoides
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(goethita mamelonar o botroidal), aunque en ocasiones presenta forma de estalactita (goethita estalactí
tica).
• La limonita (Fe2O3 nH20) es una mezcla de diversos minerales. Su color es amarillo o pardo
negruzco y su raya es parda o amarillenta. Algunos autores la consideran como una roca formada por
minerales de hierro hidratados y arcillas.
c)Alto horno
Es un horno en forma de torre para refinar mineral, cuyo funcionamiento consiste en forzar que un chorro de
aire pase por una mezcla de combustible sólido y mineral para quemar las impurezas no deseadas o
convertirlas en escoria insoluble, que flota en el metal fundido y puede retirarse con facilidad. El nombre de
alto horno suele restringirse a los hornos metalúrgicos que reducen el mineral metálico, y en particular al
empleado para obtener arrabio a partir del mineral de hierro.
Constitución del acero
La producción de acero se efectúa actualmente mediante dos rutas: la vía horno alto y acería LD de una parte,
y la ruta horno eléctrico de arco, de otra.
La primera es la vía más tradicional; la segunda, basada en la fusión de chatarra reciclada, y prerreducidos de
hierro en ocasiones, ha experimentado un marcado crecimiento en las últimas décadas.
El afino del arrabio mediante el soplado con oxígeno en el convertidor de la acería LD, se inició
comercialmente en la década de 1950 en las ciudades austriacas de Linz y Donawitz, y de estas ciudades toma
el proceso sus iniciales LD.
Los objetivos son la descarburación del arrabio, la oxidación de los elementos perjudiciales, que pasarán a la
escoria, y la desoxidación o "calmado" del acero, además del ajuste de la composición y temperatura a los
niveles requeridos. Todo ello determina un acero de alta calidad, con bajos contenidos de nitrógeno,
especialmente útil para la fabricación de productos planos.
La ruta de fabricación de acero mediante horno eléctrico de arco se basa en la fusión de chatarras. La energía
térmica necesaria para la fusión proviene del arco eléctrico que salta entre los electrodos del horno.
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En sus orígenes, la producción de acero de este tipo se aplicaba principalmente a la fabricación de aceros
especiales. Hoy la situación ha cambiado con el aumento del tamaño de las coladas y las altas cotas de
productividad conseguidas. El horno eléctrico, combinado con la metalurgia secundaria, permite fabricar una
parte muy importante de la producción mundial de acero, sobre la base del reciclaje masivo de la chatarra.
5.− Nuestro país destaca también por la explotación de recursos minerales no metálicos: El Salitre y
minerales de litio:
• Ubicación de los yacimientos
En Chile los principales yacimientos de Salitre se pueden encontrar en la II región del país, además existen de
depósitos de este mineral no metálico en el desierto de Atacama.
El mineral forma costras delgadas en las superficies de las rocas y en las paredes de piedra, y es un
componente del horizonte superficial de algunos suelos en España, Irán, Egipto y la India.
• Constitución del Salitre
Salitre o denominado también Nitro. Es un mineral blanco, translúcido y brillante compuesto por nitratos. La
palabra nitro se utiliza para distinguir tres tipos distintos de nitratos tanto de potasio, KNO3, nitrato de calcio
(Ca (NO3)2 como nitrato de sodio o también denominado salitre de Chile. NaNO3 Este se deposita en forma
de agujas o polvo blanquecino en zonas húmedas y saladas. Cristaliza en el sistema ortorrómbico en prismas
que tienen una dureza de 2, una densidad relativa de 2,1 y que presentan una segmentación en forma de
cúpula. El mineral forma costras delgadas en las superficies de las rocas y en las paredes de piedra.
• El mineral de donde se extrae se llama caliche. Explique.
El caliche, este mineral es una mezcla que está compuesta por una gran gama de sales, entre ellas se
encuentran, cloruros, nitratos y sulfatos. Este mineral se localiza bajo una capa de varios centímetros, formada
por arilla, sales y nitrato de sodio, pero sólo en pequeña cantidad. Para obtener el salitre es necesario un
proceso relativamente simple,
En primer lugar se tritura el caliche, y este disminuido en pequeños trozos es sometido a un proceso llamado
lixiviación en agua caliente. Posteriormente el salitre (NaNO3) se cristaliza a raíz del enfriamiento
separándose de la disolución, etapa llamada cristalización. Obteniéndose además sulfato de sodio (Na2SO4).
• ¿Cómo se obtiene el Salitre Sintético?
La obtención de salitre sintético requiere de un proceso más complicado que la fabricación del salitre natural.
Este proceso requiere de reacciones ácido−base y redox: estas se inician con la síntesis de amoniaco (NH3) a
partir de la reacción entre el hidrógeno y el nitrógeno gaseosos (método Haber). Posteriormente el amoniaco
es luego oxidado para luego producir óxidos de nitrógeno, que al combinarse con agua forman el ácido nítrico
(HNO3).
• Características y usos
Este mineral tiene tanto una importancia comercial como fertilizante y conservante alimenticio, juega un
papel preponderante en la fabricación de vidrio, y en algunas medicinas como diurético.
En épocas antiguas el salitre era utilizado en la fabricación de pólvora y hoy se emplea en explosivos, fuegos
artificiales (cohetes) y fósforos, así como en los fundentes utilizados en metalurgia. También es muy
importante como fuente de nitrógeno en la fabricación de compuestos nitrogenados, en particular ácido
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nítrico, y como agente oxidante en muchos procesos químicos industriales.
6.−Caracteristicas del litio
LITIO:
• Características:
Símbolo: Li
Clasificación: Metal alcalino Grupo 1
Número atómico: 3
Masa Atómica: 6,941
Número de protones/electrones: 3
Número de neutrones (Isótopo 7−Li): 4
Estructura electrónica: [He] 2s1
Electrones en los niveles de energía: 2, 1
Números de oxidación: +1
Electronegatividad: 0,98
Energía de ionización (kJ.mol−1): 519
Afinidad electrónica (kJ.mol−1): 60
Radio atómico (pm): 152
Radio iónico (pm) (carga del ion):58 (+1)
Entalpía de fusión (kJ.mol−1): 4,6
Entalpía de vaporización (kJ.mol−1): 134,7
Punto de Fusión (ºC): 180,5
Punto de Ebullición (ºC): 1342
Densidad (kg/m3): 534; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 12,99
Estructura cristalina: Cúbica
Color: Blanco−Plateado
• Usos:
Medicación antidepresiva (carbonato de litio), producción de tritio, grasas lubricantes (estearato de litio),
carburantes, aleaciones muy duras, electrodos de baterías (ánodos, debido a su elevado potencial
electroquímico), cerámicas y vidrios especiales, síntesis orgánica (órgano compuestos de litio que son
similares a los reactivos de Grignard), refrigerante.
Se ha usado en aleaciones (en una proporción menor de 0,1%) muy duras (cojinetes), electrodos de baterías
(alto potencial electroquímico), vidrios y cerámicas especiales.
El 6−Li es una sustancia de partida en la obtención a gran escala de tritio empleado en bombas de hidrógeno:
6−Li(n,ð)3−H.
Se emplea para eliminar nitrógeno de mezclas de gases, formando nitruro.
• Proceso de extracción:
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No se encuentra libre en la naturaleza. Se encuentra combinado en pequeñas unidades cerca de todas las rocas
ígneas y aparece en las aguas de muchos manantiales. Sus principales minerales son los mencionados más
arriba. Se encuentra en la corteza en un 2x10−3 % en peso.
Actualmente se obtiene por electrólisis de LiCl fundido (p. f. 613ºC) o de una mezcla de LiCl (45%) y de KCl
(55%). También se obtiene a partir de salmueras.
Yacimientos mineros:
• Fénix Salar del Hombre Muerto
• En el año 1998 comenzó la producción comercial de Litio, a través de la extracción y procesamiento
de la salmuera contenida en el Salar. Produciendo anualmente 25 millones de libras de Carbonato de
Litio y 12 millones de Cloruro de Litio, basándose en el proceso de absorción selectiva de última
generación, que fue diseñado especialmente para este proyecto por la compañía minera
estadounidense FMC CORPORATION − LITHIUM DIVISION, que conformó en la Argentina
MINERA DEL ALTIPLANO S.A., actual responsable del proyecto.
• Tincalayu
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