Metalurgia en power point

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Metalurgia en power point

  1. 1. TEMA 17
  2. 2. INDICE17.1. Los metales en la naturaleza.17.2. Procesos metalúrgicos: Preparación de la mena.17.3. Producción de metales: Pirometalurgia Electrometalurgia.17.4. Purificación de metales
  3. 3. Química Inorgánica Los MetalesDefinición Los metales son electropositivos (tienden a perder electrones), conducen fácilmente el calor y la electricidad. En estado sólido los metales tienen estructura cristalina Sus átomos están situados en los nudos de una red regular Los metales son isotrópicos (tienen iguales propiedades en todaslas direcciones)
  4. 4. Principios de MetalurgiaLos Metales en la NaturalezaMINERAL Sustancia de origen natural con una composición química característica dentro de cierto intervalo. Deposito mineral cuya concentración es adecuada,MENA en el aspecto económico, para extraer un metal especifico.GANGA Parte no utilizada del mineral.
  5. 5. Principios de MetalurgiaLos Metales en la Naturaleza¿COMO SE ENCUENTRAN LOS METALES EN LA NATURALEZA? Sulfuros Sin combinar Cloruros Otros compuestos Óxidos
  6. 6. Principios de Metalurgia Los Metales en la NaturalezaPRINCIPALES TIPOS DE MINERALES
  7. 7. Principios de Metalurgia MetalurgiaCiencia aplicada cuyo objeto es el estudio de las operaciones industrialestendientes a la preparación, tratamiento (físico y/o químico) y producción demetales y sus aleaciones. Separación de los metalesLa técnica metalúrgica comprende las siguientes fases: Obtención del metal a partir de uno de sus minerales (mena) Afino o purificación del metal. Preparación de aleaciones. Tratamientos mecánicos, térmicos o termoquímicos para su mejor utilización. ALEACION Disolución sólida homogénea de dos o más metales o de un metal o metales con uno o más no metales.
  8. 8. Principios de MetalurgiaLos Procesos Metalúrgicos La Siderurgia. (arrabio, hierro, acero ) TECNICAS Las metalurgias especiales (cobre, aluminio, cinc,METALURGICAS estaño, plomo, etc.), La pulvimetalurgia. (metalurgia de polvos) La electrometalurgia. (electrolisis)
  9. 9. Principios de Metalurgia Los Procesos MetalúrgicosObtención del Metal Concentración (que es la separación de la mayor parte de la ganga o material de desecho que acompaña al mineral). Preparación química del mineral para la etapa siguiente, por medio de la tostación o de la calcinación. Reducción u operación por la que el metal combinado pasa a elemento simple. Concentración Tratamientos Preparación previos Reducción Mineral Mena Mena Metal Tratada
  10. 10. Principios de Metalurgia Los Procesos MetalúrgicosCONCENTRACIÓN O PREPARACION DE LA MENA Flotación. (Método mecánico) Amalgama. (Método Químico) Aislamiento magnético. (Método eléctrico) Mena de hierro Calcopirita Mena de Cobre
  11. 11. Principios de Metalurgia Los Procesos Metalúrgicos FLOTACIONConstituye el principal proceso de concentración de los minerales,que busca enriquecer las especies mineralógicas útiles de una menamediante la eliminación de las especies o materiales sin valor. Agua Molino Ganga Partículas AireMineral finas Aceite Detergente Espuma Mena Mena Secado
  12. 12. Principios de Metalurgia Los Procesos Metalúrgicos AMALGAMAAleación de mercurio con otro metal ometales. ( Plata, estaño, cobre o zinc)CONCENTRACIÓN MAGNETICALos minerales con propiedades magnéticas muymarcadas, como la magnetita, se concentran pormedio de electroimanes que atraen el metal perono la ganga. Fe3O4, magnetita
  13. 13. Principios de Metalurgia Los Procesos MetalúrgicosTRATAMIENTOS PREVIOSLos métodos de separación o concentración química son en general los másimportantes desde el punto de vista económico. Hoy, esta separación se utiliza confrecuencia como segunda etapa del proceso, después de la concentración mecánica Eliminación de impurezas: - Tostación - CalcinaciónLa tostación consiste en la conversión de los sulfuros en óxidos, por calentamiento en aire 2PbS (s) + 3O2 (g) 2PbO (s) + 2SO2 (g) TostaciónLa calcinación se utilizan para convertir carbonatos o hidróxidos a otros compuestos másfácilmente reducibles. CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) Calcinación
  14. 14. Principios de Metalurgia Los Procesos MetalúrgicosREDUCCION QUIMICA Se emplea como agente reductor un metal más electropositivo.TiCl4 (g) + 2Mg (l) Ti (s) + 2MgCl2 (l)Cr2O3 (s) + 2Al (s) 2Cr (l) + Al2O3 (s)WO3 (s) + 3H2 (g) W (s) + 3H2O (g)REDUCCION ELECTROLITICA Se emplea para metales muy electropositivo. 2MO (l) 2M (en el cátodo) + O2 (en el ánodo) 2MCl (l) 2M (en el cátodo) + Cl2 (en el ánodo)
  15. 15. Principios de Metalurgia Purificación de MetalesDESTILACION Puede conseguirse mediante destilación si el metal es más volátil que sus impurezas. 70 0C Ni (s) + 4CO (g) NiCO4 (g) 200 0C NiCO4 (g) Ni (s) + 4CO (g) Ánodo de Cátodo de Cu impuro Cu puroELECTROLISISCu, Ag, Au, Al; se purifican electro químicamente.Cu (s) (impuro) Cu2+ (aq) + 2e-Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) (puro)
  16. 16. Principios de Metalurgia Purificación de MetalesREFINADO POR ZONAS Las impurezas se disuelven y el metal fundido cristaliza. Espiral de calentamiento Varilla metálica
  17. 17. TEMA 18
  18. 18. INDICE18.1. Metalurgia del hierro. Obtención de acero.18.2. Producción de cobre.18.3. Producción de aluminio.18.4. Producción de Zinc, Plomo y Magnesio
  19. 19. MetalesMetalurgia del HierroProceso metalúrgico del hierro Pirita, (FeS2) Hematite (Fe2O3)
  20. 20. Metales El proceso metalúrgico del hierroMetalurgia del Hierro implica la reducción química de los minerales como el carbón en un alto horno. Carga (mena, piedra, caliza, coque ) MINERALES DE HIERRO Pirita ( FeS2 ), 47% Siderita ( FeCO3 ), 48% Hematita ( Fe2O3 ), 70% Magnetita ( Fe3O4 ), 72% Hierro se funde, se forma la escoria fundida La caliza se descompone: Aire caliente CaCO3 (s) CaO(s) + CO2(g) Escoria CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3 (l) Hierro fundido CaO(s) + Al2O3(s) Ca(AlO2)2 (l)ALTO HORNO
  21. 21. Metales El acero se obtiene eliminando las Obtención de Acero impurezas del arrabio, producto de fundición de los altos hornos, y añadiendo después las cantidades adecuadas de carbono y otros elementos Aleación de Fe con C (0.03% - 1.4 % ) CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3 (l) CaO(s) + P4O10(l) 2Ca3(PO4)2 (l) MnO(s) + SiO2(s) MnSiO3 (l) Conversión de hierro en acero es un proceso de oxidación. Escoria +acero fundido Posición vertical Escoria Arrabio Posición Horizontal acero Fundido (Arrabio)
  22. 22. MetalesObtención de AceroLos aceros se clasifican en:aceros al carbono, contienen diferentes cantidades de carbono ymenos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre.aceros aleados, poseen vanadio y molibdeno además de cantidadesmayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbonoaceros inoxidables, llevan cromo y níquel, entre otros elementosde aleación.aceros de herramientas, contienen volframio, molibdeno y otroselementos de aleación que les proporcionan mayor resistencia, dureza ydurabilidad.aceros de baja aleación ultrarresistentes. tienen menoscantidad de elementos de aleación y deben su elevada resistencia altratamiento especial que reciben
  23. 23. Metales Obtención de AceroDebido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contactocon la atmósfera o con el agua, se hace necesario proteger, a los componentesde acero, de la oxidación y corrosión. Tratamientos superficiales más usados son los siguientes: Cincado. Tratamiento superficial que se da a chapa de acero. Cromado. Recubrimiento superficial para proteger de la oxidación y dar embellecimiento. Galvanizado. Tratamiento superficial que se da a la chapa de acero. Niquelado. Baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación. Pavonado. Tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero, como la tornillería. (tratamiento al ácido) Pintura. Especialmente para estructuras, automóviles, barcos, etc.
  24. 24. MetalurgiaObtención de Acero Principales reacciones químicas Elemento Forma de eliminación Reacción química Carbono Al combinarse con el oxígeno se quema dando lugar a CO y CO2 gaseoso que se elimina a través de los humos. Manganeso Se oxida y pasa a la escoria. Combinado con sílice da lugar a silicatos. Silicio Se oxida y pasa a la escoria. Forma silicatos Fósforo En una primera fase se oxida y pasa a la escoria. En presencia de carbono y altas temperaturas puede revertir al baño. Para fijarlo a la escoria se añade cal formándose fosfato de calcio. Azufre Su eliminación debe realizarse mediante el aporte de cal, pasando a la escoria en forma de sulfuro de calcio. La presencia de manganeso favorece la desulfuración.
  25. 25. Metales Producción de CobreEl cobre se obtiene fundamentalmente de un mineralllamado CALCOPIRITA el que contiene grandes cantidadesde cobre, azufre y fierro Calcopirita, FeCuS2
  26. 26. MetalesProducción de Cobre Menas de Cu: Cuprita ( Cu2O ) O2 Ganga (sólido) LixiviaciónMena de Cu Filtración H2SO4 Líquido Cu+2 (ac) H2SO4 Cu2O(s) + O2(g) + H2SO4 (ac) CuSO4 (ac) + H2O
  27. 27. Metales Producción de CobreMenas de Cu: Azurita ( CuCO3 Cu(OH)2 ) (NH4)2CO3 Ganga Lixiviación (sólido)Mena de Cu Filtración NH3 Líquido NH3 CuCO3 Cu(OH)2+ NH3 (Cu (NH3)4) 2+ (ac) Destilación Sólido CuO Ganga (sólido) Lixiviación Filtración H2SO4 Líquido Cu+2 (ac)
  28. 28. Metales Producción de CobreELECTROLISIS: Se obtiene Cu pureza > 99.5 %Se eliminan Impurezas como: Zn, Fe, Ag, Au Batería Ánodo de Cátodo de Cu impuro Cu puro Cu (s) (impuro) Cu2+ (aq) + 2e- Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) (puro)
  29. 29. Metales Producción de AluminioBauxita, es una importante mena del aluminio compuesta poróxido de aluminio con varios grados de hidratación. Suele estarmezclada con impurezas, en especial con hierro. Mena de Buxita Electrolisis: Proceso Bayer Proceso Hall AlúminaBauxita Al2O3 Aluminio + Cr+3, Fe+3, Ti+4 Hexagonal Hexagonal α-Alúmina γ-Alúmina Pasta para pulir Soporte para cromatografía
  30. 30. Metales Producción de AluminioProceso Bayer:
  31. 31. Metales Producción de AluminioElectrolisis: Proceso Hall Impuro Al2O3 (s) + 2OH- (aq) 2AlO2- (aq) + H2O (l) AlO2- (s) + H3O+ (aq) Al(OH)3 (s) D 2Al(OH)3 (s) Al2O3 (s) + 3H2O (g) Ánodo de carbono Cátodo de carbono Ánodo: 3[2O2- O2 (g) + 4e-] Cátodo: 4[Al3+ + 3e- Al (l)] Aluminio fundido 2Al2O3 4Al (l) + 3O2 (g)Al2O3 en criolita fundida, Na3AlF6
  32. 32. Metales Producción de PlomoEl concentrado de plomo o GALENA contiene65 a 68 % de plomo Galena, PbS
  33. 33. Metales Producción de ZincLa principal materia prima de la fábrica de zincestá constituida por concentrados de sulfuro dezinc, procedentes de diferentes minas O2 Blenda, ZnS SO2 SO3 Reactor Absorbedor H2SO4 TostaciónMolienda H2SO4 H2SO4 ZnO, SO2 Lixiviación Lixiviación Residuo Zn ZnO Ácida Óxidos Fe NeutraElectrolisis Filtración ZnSO4
  34. 34. MetalesProducción de MagnesioEs un metal ligero, más que el aluminio. Se obtienede la magnesita, carnalita o dolomita, color grisamarillento. Magnesita, MgCO3 Se utiliza para la fabricación de piezas fundidas, industria pirotécnica y aviación.
  35. 35. Metales Algunas Aleaciones Nombre Cu Sn Zn Pb Ni Si Mn Al Fe UsoLatón rojo 90 10 Trabajos durosLatón amarillo 70 30 CartuchosLatón rojo con plomo 85 5 5 5 MaquinariaLatón amarillo con 72 1 24 3 BombasplomoBronce con estaño 88 8 4 Cojinetes de embarcacionesBronce para 80 20 CampanascampanasBronce para cojinetes 83 7 3 7 Cojinetes de máquinasBronce con silicio 95 4 1 Maquinaria de fundiciónBronce al manganeso 62 1.5 31 1 4 1.5 1.5 1.5 Alta resistenciaBronce al aluminio 78 5 3 10 4 Resistencia a la corrosiónPlata níquel 65 4 6 5 20 Lavanderías y lecherías

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