Metalurgia ExtractivaMetalurgia Extractiva

Docente: Marcelo Rojas V.Docente: Marcelo Rojas V.

Metalurgia:Metalurgia:

La La metalurgiametalurgia es la ciencia y técnica es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos, desde minerales metálicos, hasta los no metálicos. También hasta los no metálicos. También estudia la producción de estudia la producción de aleaciones, el , el control de calidad de los procesos control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la vinculados así como su control contra la corrosión. Además de relacionarse con corrosión. Además de relacionarse con la industria metalúrgica.la industria metalúrgica.

La metalurgia es la rama de la industria La metalurgia es la rama de la industria minera que consiste en extraer de los minera que consiste en extraer de los minerales en su estado natural, o previo minerales en su estado natural, o previo tratamiento mineralúrgico, determinados tratamiento mineralúrgico, determinados elementos metálicos.elementos metálicos.

Esta operación se hace también por Esta operación se hace también por procedimientos de vía seca y vía húmeda; procedimientos de vía seca y vía húmeda; pero estos últimos, en general, se pero estos últimos, en general, se completan con los de la vía seca, en cuyo completan con los de la vía seca, en cuyo caso el procedimiento se llama de vía mixta.caso el procedimiento se llama de vía mixta.

Además, casí todas las operaciones Además, casí todas las operaciones metalúrgicas, como no dan el metal metalúrgicas, como no dan el metal completamente puro, van seguidas de una completamente puro, van seguidas de una operación complementaria o refinación. operación complementaria o refinación.

El procedimiento metalúrgico de vía seca, El procedimiento metalúrgico de vía seca, es siempre la fundición. La refinación es siempre la fundición. La refinación puede consistir en 2 o más fundiciones puede consistir en 2 o más fundiciones sucesivas, hasta obtener el metal o la sucesivas, hasta obtener el metal o la aleación con el grado de finura deseado; aleación con el grado de finura deseado; pero también puede hacerse empleando la pero también puede hacerse empleando la electricidad, es decir, por procedimiento electricidad, es decir, por procedimiento electrolítico.electrolítico.

Ejemplos:Ejemplos: Metalurgia seca en la Metalurgia seca en la obtención del mercurio de su mena obtención del mercurio de su mena sulfúrica o Cinabrio.sulfúrica o Cinabrio.

Metalurgia mixta en la obtención del Metalurgia mixta en la obtención del oro por amalgamalción y refogue. oro por amalgamalción y refogue. Refinación del oro por electrólisis.Refinación del oro por electrólisis.

La metalurgia comprende también las La metalurgia comprende también las operaciones que se efectúan directamente operaciones que se efectúan directamente sobre los metales o sus aleaciones, con el sobre los metales o sus aleaciones, con el fin de producir objetos o artículos diversos fin de producir objetos o artículos diversos utilizables en otras artes. En este campo utilizables en otras artes. En este campo también son numerosísimas las industrias también son numerosísimas las industrias metalúrgicas: la de hierro, la del acero, las metalúrgicas: la de hierro, la del acero, las cada vez más numerosas e importantes, cada vez más numerosas e importantes, por sus múltiples aplicaciones, de las por sus múltiples aplicaciones, de las aleaciones blandas y duras; la orfebrería la aleaciones blandas y duras; la orfebrería la amonedación, etc.amonedación, etc.

Las principales operaciones iniciales de la Las principales operaciones iniciales de la metalurgia extractiva son la selección, metalurgia extractiva son la selección, clasificación, conminución y concentración. clasificación, conminución y concentración. La concentración resulta esencial desde el La concentración resulta esencial desde el punto de vista económico en el proceso de punto de vista económico en el proceso de recuperación de los subproductos de valor recuperación de los subproductos de valor comercial, que puedan destinarse a otras comercial, que puedan destinarse a otras aplicaciones. En tal contexto, se distinguen aplicaciones. En tal contexto, se distinguen básicamente operaciones básicamente operaciones hidrometalúrgicas y pirometalúrgicas.hidrometalúrgicas y pirometalúrgicas.

Concentración por Concentración por Flotación:Flotación: La flotación es el proceso metalúrgico por medio La flotación es el proceso metalúrgico por medio

del cual, concentro el mineral que contiene la del cual, concentro el mineral que contiene la mena, (normalmente un súlfuro o súlfuros) mena, (normalmente un súlfuro o súlfuros) capturándolo primeramente y luego flotándolo para capturándolo primeramente y luego flotándolo para sacarlo posteriormente mecánicamente de la sacarlo posteriormente mecánicamente de la solución de pulpa.solución de pulpa.

Después esta espuma, con mineral sulfurado útil, Después esta espuma, con mineral sulfurado útil, debo secarla lentamente, formando un polvillo de debo secarla lentamente, formando un polvillo de concentrado de mineral, que contiene concentrado de mineral, que contiene aproximadamente entre un 28 y un 35% de aproximadamente entre un 28 y un 35% de mineral, para posteriormente vía pirometalurgia mineral, para posteriormente vía pirometalurgia obtener el metal útil. Nunca en estos procesos se obtener el metal útil. Nunca en estos procesos se recupera el 100% de metal útil.recupera el 100% de metal útil.

En la flotación se utilizan En la flotación se utilizan reactivos o químicos:reactivos o químicos:

- ColectoresColectores: Es el químico especializado en : Es el químico especializado en captar el mineral útil.captar el mineral útil.

- DepresoresDepresores: Permiten deprimir o captar la : Permiten deprimir o captar la ganga o estéril en la pulpa dentro de la ganga o estéril en la pulpa dentro de la celda de flotación.celda de flotación.

- EspumantesEspumantes: Es el químico que forma : Es el químico que forma espuma, es decir, innumerables burbujas espuma, es decir, innumerables burbujas pequeñas, que captan el mineral atrapado pequeñas, que captan el mineral atrapado por el colector, esto para que salga a flote por el colector, esto para que salga a flote en la superficie de la celda de flotación.en la superficie de la celda de flotación.

La celda de flotación es un envase La celda de flotación es un envase de acero inoxidable, donde se diluye de acero inoxidable, donde se diluye la pulpa que entrega la etapa de la pulpa que entrega la etapa de molienda, agregando agua y molienda, agregando agua y químicos de flotación. En la celda, químicos de flotación. En la celda, existe un mezclador con paletas, que existe un mezclador con paletas, que permite la homogenización de la permite la homogenización de la mezcla, en forma mecánica.mezcla, en forma mecánica.

Celda de Flotación:Celda de Flotación:

Celda de Flotación:Celda de Flotación:

Celda de Flotación:Celda de Flotación:

Celda de Flotación:Celda de Flotación:

Celda de Flotación:Celda de Flotación:

Celda de Flotación:Celda de Flotación:

Celda de Flotación:Celda de Flotación:

Posteriormente la espuma con Posteriormente la espuma con mineral útil es barrida de la mineral útil es barrida de la superficie de la celda (por medio de superficie de la celda (por medio de una paleta de goma) y separada para una paleta de goma) y separada para su posterior secado. Una vez secada, su posterior secado. Una vez secada, se obtiene un polvillo fino de se obtiene un polvillo fino de concentrado de mineral, listo para concentrado de mineral, listo para pasar a la etapa de pirometalurgia.pasar a la etapa de pirometalurgia.

Por su parte la pirometalurgia, supone el Por su parte la pirometalurgia, supone el tratamiento térmico del mineral , el cual se tratamiento térmico del mineral , el cual se expone a elevadas temperaturas en expone a elevadas temperaturas en presencia de agentes reductores. En presencia de agentes reductores. En general, este tipo de tratamiento se aplica general, este tipo de tratamiento se aplica a grandes masas de mineral de las que se a grandes masas de mineral de las que se separa el metal por fluidificación, es decir, separa el metal por fluidificación, es decir, por el paso del sólido a 2 fases líquidas, una por el paso del sólido a 2 fases líquidas, una enriquecida con el metal y otra enriquecida con el metal y otra empobrecida que recibe el nombre de empobrecida que recibe el nombre de escoria.escoria.

Típico Alto Horno del hierro:Típico Alto Horno del hierro:

El alto horno se carga por la parte El alto horno se carga por la parte superior con una mezcla de mena de superior con una mezcla de mena de hierro, coque y piedra caliza. El hierro, coque y piedra caliza. El coque sirve como combustible, es coque sirve como combustible, es decir, entrega la energía necesaria decir, entrega la energía necesaria para producir las altas temperaturas para producir las altas temperaturas y además aporta los gases y además aporta los gases reductores CO y H2. reductores CO y H2.

La piedra caliza, CaCO3, sirve como La piedra caliza, CaCO3, sirve como fuente de CaO, que reacciona con los fuente de CaO, que reacciona con los silicatos y otras sustancias para silicatos y otras sustancias para formar la escoria. Otra materia prima formar la escoria. Otra materia prima importante es el aire, ya que se importante es el aire, ya que se requiere para la combustión del requiere para la combustión del coque. coque.

El proceso químico que ocurre El proceso químico que ocurre es el siguiente: es el siguiente:

En el horno el oxígeno reacciona con En el horno el oxígeno reacciona con el coque y se forma monóxido de el coque y se forma monóxido de carbono, liberándose energía carbono, liberándose energía calórica.calórica.

                  C(s) + O2(g) C(s) + O2(g) 2 CO(g) 2 CO(g)

El vapor de agua reacciona con el El vapor de agua reacciona con el carbono, produciendo monóxido de carbono, produciendo monóxido de carbono e hidrógeno. Esta reacción carbono e hidrógeno. Esta reacción es endergónica y además sirve para es endergónica y además sirve para regular la temperatura en el alto regular la temperatura en el alto horno.horno.

                    H2O(g) + C(s) H2O(g) + C(s) CO(g) + H2(g) CO(g) + H2(g)

Estos dos gases son los encargados de Estos dos gases son los encargados de reducir los óxidos de hierro, a hierro reducir los óxidos de hierro, a hierro metálico.metálico.

      Fe3O4(s)+ 4 CO(g) Fe3O4(s)+ 4 CO(g) 3 Fe(s)+ 4 CO2(g) 3 Fe(s)+ 4 CO2(g)

Fe3O4(s)+ 4 H2(g) Fe3O4(s)+ 4 H2(g) 3 Fe(s) + 4 3 Fe(s) + 4 H2O(g)H2O(g)

• El hierro fundido se acumula en la El hierro fundido se acumula en la base del alto horno y sobre él queda base del alto horno y sobre él queda una capa de escoria que impide que una capa de escoria que impide que el hierro reaccione con el oxígeno el hierro reaccione con el oxígeno que entra. que entra.

• La mayor parte del hierro que se La mayor parte del hierro que se obtiene se ocupa en la preparación obtiene se ocupa en la preparación del acero. del acero.

HidrometalurgiaHidrometalurgia

La hidrometalurgia consiste en el tratamiento La hidrometalurgia consiste en el tratamiento del mineral o su concentración mediante el del mineral o su concentración mediante el concurso de un disolvente adecuado, de concurso de un disolvente adecuado, de acuerdo al mineral a tratar, este proceso lleva acuerdo al mineral a tratar, este proceso lleva el nombre de Lixiviación.el nombre de Lixiviación.

De esta forma se obtiene una solución de la De esta forma se obtiene una solución de la que se separa un precipitado que contiene el que se separa un precipitado que contiene el metal por formación, de un compuesto metal por formación, de un compuesto insoluble reducido o por intercambio de insoluble reducido o por intercambio de átomos cargados eléctricamente con distinto átomos cargados eléctricamente con distinto signo, o iones.signo, o iones.

El proceso hidrometalúrgico más importante El proceso hidrometalúrgico más importante es la lixiviación, en el cual el mineral que es la lixiviación, en el cual el mineral que contiene el metal que se desea extraer se contiene el metal que se desea extraer se disuelve de un modo selectivo. Si el disuelve de un modo selectivo. Si el compuesto es soluble en agua, entonces el compuesto es soluble en agua, entonces el agua resulta ser un buen agente para la agua resulta ser un buen agente para la lixiviación, pero en general, para la lixiviación, pero en general, para la lixiviación se ocupa una solución acuosa de lixiviación se ocupa una solución acuosa de un ácido, una base, o una sal. un ácido, una base, o una sal.

El cobre se purifica por El cobre se purifica por electrólisis:electrólisis:

• Proceso que consiste en lo siguiente:Proceso que consiste en lo siguiente:

Grandes planchas de cobre sirven de Grandes planchas de cobre sirven de ánodos de la celda, mientras los cátodos ánodos de la celda, mientras los cátodos son láminas delgadas de cobre. Ambos son láminas delgadas de cobre. Ambos electrodos se encuentran en una electrodos se encuentran en una solución acuosa de sulfato cúprico. Al solución acuosa de sulfato cúprico. Al aplicar una diferencia de potencial aplicar una diferencia de potencial apropiada, provoca la oxidación del apropiada, provoca la oxidación del cobre metálico a Cu2+ en el ánodo y la cobre metálico a Cu2+ en el ánodo y la reducción del Cu2+ a Cu metálico en el reducción del Cu2+ a Cu metálico en el cátodo. cátodo.

Otros métodos de aplicación más Otros métodos de aplicación más restringidos, son la amalgamación y la restringidos, son la amalgamación y la electrofusión. La primera es la electrofusión. La primera es la formación de una aleación de mercurio formación de una aleación de mercurio con otro metal, a la que se denomina con otro metal, a la que se denomina amalgama, con posterior eliminación amalgama, con posterior eliminación de el Mercurio, único metal líquido a de el Mercurio, único metal líquido a temperatura ambiente, por temperatura ambiente, por evaporación.evaporación.

El mercurio forma amalgama con El mercurio forma amalgama con numerososnumerosos

Metales, entre los que destacan, el sodio, Metales, entre los que destacan, el sodio, el potasio, el estaño, el cobre y el oro.el potasio, el estaño, el cobre y el oro.

Por su parte la electrofusión emplea la Por su parte la electrofusión emplea la corriente eléctrica para separar el mineral corriente eléctrica para separar el mineral de la mena disolviéndola en electrolitos de la mena disolviéndola en electrolitos fundidos. Por este último procedimiento, fundidos. Por este último procedimiento, los metales obtenidos nunca son puros y los metales obtenidos nunca son puros y precisan de un afinado posterior.precisan de un afinado posterior.