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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA
INGENIERIA DE MINAS
METALURGIA DEL TUNGSTENO
ALUMNOS
- BENAVIDES SEVERINO, CHRISTIAN LUIS 20092076
- ECHEVARRIA MATOS, JOSE GABRIEL 20097031
- SANTACRUZ GARCIA, JORDAN SLEYTER 20101062
- MARTINEZ PEREZ, LUIS DAVID 20101672
- VILLANUEVA ORELLANA, YOUSEF WILLIAN 20080276
JEFES DE PRÁCTICA : Manuel Shishido Sánchez.
Jacqueline Chang Estrada.
FECHA DE ENTREGA : 27 de Junio del 2015.
METALURGIA EXTRACTIVA TAREA ACADÉMICA.
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I. OBJETIVO
o Analizar y entender los procesos por los cuales se puede recuperar el tungsteno,
abarcando la etapa extractiva hasta la etapa de obtención del metal, propiamente
dicho.
o Resaltar el uso y aplicaciones del tungsteno como producto obtenido a partir de la
minería.
II. RESUMEN
Este trabajo de investigación consta en la descripción del proceso de obtención del
Tungsteno, la mena con la que trabajaremos es la Scheelita y Wolframita las cuales se
encuentran como concentrados de una ley mayor al 70% de WO3. En primer lugar, para
disminuir la cantidad de impurezas dentro del concentrado se tiene que pasar un pre-
tratamiento al concentrado que puede ser por tostación o lixiviación dependiendo de la
mena a procesar. Segundo, mediante un proceso de digestión alcalina obtenemos
Na2WO4 que luego pasara por una etapa de purificación. Tercero, precipitamos los
silicatos y molibdeno de la solución de Na2WO4 puesto que estas impurezas perjudican la
recuperación del metal W. Cuarto, mediante un proceso de extracción por solvente
disminuimos la concentración de iones sodio presentes en la solución y obtenemos el
APT. Quinto, evaporamos la solución de APT para obtener cristales .Sexto, los cristales
son llevados a calcinar a una temperatura de 800° C hasta obtener el óxido de wolframio
deseado. Finalmente, ponemos el óxido de wolframio en un horno rotatorio al cual se le
suministra del gas H2 para generar un ambiente reductor y con esto conseguir la
obtención del polvo metálico.
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III. ASPECTO TEÓRICO
A. Minerales.
El tungsteno se encuentra en la naturaleza asociado a minerales como wolframita,
scheelita, ferberita y hubnerita.
Ilustración 1: Wolframita Ilustración 2: Scheelita
Wolframita
Se trata de un mineral mixto entre los dos extremos de una serie de solución sólida: la
ferberita (FeWO4) y la hübnerita (MnWO4). Químicamente se trata del wolframato mixto
de hierro y manganeso. Propiedades físicas:
Color: negro grisáceo. Raya: marrón rojizo Sistema cristalino: monoclínico Dureza: 5 – 5.5 Densidad: 7 - 7,5 g/cm3
Scheelita
Es un mineral formado por tungsteno y calcio, que responde a la fórmula química
CaWO4.Es un mineral primario comúnmente encontrado en zonas de metamorfismo de
contacto de muy alta temperatura, venas y filones hidrotermales de alta temperatura,
pegmatitas graníticas y vetas hidrotermales de media temperatura. Propiedades físicas:
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Color: incolora, blanca, amarillenta, marrón. Raya: blanca. Sistema cristalino: tetragonal. Dureza: 4.5 – 5 Densidad: 5,9 a 6,1 B. Tipos de Yacimiento.
Depósitos del tipo pegmatitico(Wolframita y Scheelita):
Los minerales de W se cristalizan junto con los minerales pegmatíticos( apatito,
casiterita, feldespato, cuarzo)
Depósitos tipo greisen(Wolframita):
Producto de la alteración meta somática de una roca granítica, la asociación Sn, Mo y
W es muy común en este tipo de yacimiento.
Depósitos de contacto meta somático(Scheelita):
Son los más comunes y son de scheelita muy pura. El cuarzo, apatito, fluorita y
molibdenita están asociados a la scheelita.
Depósitos tipo veta: (Ferberita, hubnerita y scheelita):
Magma caliente causa fracturas en la roca, dentro de la cual la solución hidrotermal es
inyectada y luego se cristaliza. Cuarzo- Molibdenita- Fluorita son una asociación
frecuente.
C. Aplicaciones.
Uno de sus principales usos es en la industria bélicas ya que sirve como blindaje.
Se emplea en bobinas y otros elementos de calefacción de hornos eléctricos.
En la industria aeronáutica: cabeza de cohetes, motores.
Como blanco en rayos X.
Los wolframatos de calcio y magnesio se emplean en luces fluorescentes.
El trióxido de wolframio se usa en pinturas y cerámicas.
Los compuestos del tungsteno tienen uso como pigmentos para colorear cerámica en
revestimiento para dar resistencia al fuego a telas y en tinturas para telas que resisten
el desteñido.
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En la industria minera se utiliza como materia para los taladros de perforación, debido
a su gran dureza.
D. Metalurgia extractiva del tungsteno.
E. Proceso extractivo.
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F. Pre-tratamiento
En esta etapa se busca eliminar las impurezas que quedaron luego del proceso de
concentración, con el fin de que no se perjudique la recuperación del metal.
Tostación: wolframita contaminada con sulfuros y arsénicos es tostada por un periodo
de 2 a 4 horas con una temperatura de 800°C al aire.
Lixiviación: concentrado de scheelita con alta ley con contenido de fósforo, arsénico y
sulfuros. Consta de dos etapas: la primera consiste en agregar 140 kg de HCl al
285/Ton concentrado, agitación por 30 minutos a temperatura ambiente. La segunda
consiste agregar 180 kg de HCl al 28%/Ton concentrado, agitación por 10 minutos a
teperatuas 3°C.
G. Tratamiento hidro-metalúrgico.
Digestión alcalina:
- El concentrado de Wolframita puede ser disuelto con una con una solución de
NaOH concentrada (40-50%, 15 mol/ L) a una temperatura entre 100 – 145 °C.
(Fe,Mn)WO4 + 2NaOH Na2WO4 + (Fe,Mn)(OH)2
- El concentrado de Scheelita puede ser lixiviado con una solución de carbonato de
sodio, bajo presión. Esto puede realizarse en un autoclave se acero.
CaWO4 + Na2CO3 Na2WO4 + CaCO3
H. Purificación.
Precipitación y filtración son las dos etapas del proceso de purificación:
- Precipitación de silicatos (SiO2<3060 mg/L): Son una ganga comúnmente presente
que es disuelta en el proceso de lixiviación a presión. Pueden ser precipitados
usando una solución de sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) o sulfato de magnesio
(MgSO4) a un Ph entre 8 y 11.
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- Precipitación de Molibdeno: La precipitación se lleva acabo agregando a la
solución neutra o medianamente alcalina un exceso de sulfuro de sodio (Na2S) y
luego la solución es acidificada con H2SO4 hasta un Ph entre 2.5 y 3.
Se precipitara en forma de sulfuro de molibdeno (MoS3).
I. Extracción por solventes.
La concentración del ion sodio debe de ser reducida de 70g/L a < 10mg/L, puesto que
niveles de sodio mayores a 10 ppm causan problemas para la reducción hacia el
polvo metálico:
- La solución de Na2WO4 es contactada con la fase orgánica, en esta los iones
forman complejos según la reacción 1 y en la solución acuosa se quedas los iones
de sodio. Reacción 1:
5R3NH+ + [HW6O21]
5- (R3NH)5HW6O21
- La fase orgánica es lavada con agua desionizada y el isopolytungstate es re-
extraído con una solución diluida de amoniaco que funcionara como fase acuosa.
Reacción 2:
(R3NH)5HW6O21 + 5OH- [HW6O21]
5- + 5(R3NH)OH
J. Cristalización.
Los cristales de APT (Ammonium Paratungstate) son obtenidos evaporando la solución
purificada de ammonium tungstate obtenida de la extracción por solventes.
Ammonium Paratungstate: (NH4)10(H2W12O42)4H2O
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K. Calcinación
Un proceso intermedio es que el APT sea convertido a un oxido de tungsteno para
que luego sea reducido y así obtener el metal.
Con una temperatura entre 400- 800°C y una determinada duración convertimos el
APT en oxido de tungsteno.
Fórmula Color
Trióxido de Tungstato WO3 amarillo
Trióxido de Tungstato WO2 marrón
Óxido Intermedio W4O11 azul
W18O49 azul
W20O55 azul
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L. Reducción con hidrógeno
Después que el APT es convertido en un óxido amarillo o azul, es reducido por el
hidrogeno para formar tungsteno metálico en generalmente un horno rotatorio para formar
un producto más homogéneo.
Reducción:
M. Pulvimetalurgia.
Es el estudio del procesamiento de polvos metálicos, incluyendo la fabricación,
caracterización y conversión de polvos metálicos en componentes ingenieriles útiles. Las
secuencias de procesamiento involucra la aplicación de leyes básicas de calor, trabajo y
deformación. Es el procesamiento la que cambiará la forma, propiedades y estructura del
polvo para obtener el producto final.
Procedimiento:
Los polvos se mezclan para lograr homogeneización perfecta antes de continuar con el
proceso, se comprimen para darle la forma deseada y luego se calientan para ocasionar
la unión de las partículas en una masa dura y rígida, esto se hace a partir de los
siguientes procesos:
1. Combinación y mezclado: la combinación se refiere a la mezcla de materiales de
diferente composición química y el mezclado a la mezcla de materiales de la
misma composición.
2. Prensado: se hace el proceso de compresión en una máquina llamada prensa
cuyas herramientas se hacen especialmente para crear dicha pieza.
3. Sinterizado: es el tratamiento térmico que se le hace a la pieza y se realiza con
una temperatura inferior al punto de fusión del metal.
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Secuencia convencional de producción en metalurgia de polvos:
(1) Mezclado, (2) Compactado y (3) Sinterizado, en (a) se muestra la condición de las
partículas, mientras que en (b) se muestran las operaciones y las partes durante la
secuencia.
Ilustración1: Producción en metalurgia de polvos.
N. Proceso de PM del Tungsteno.
El polvo de tungsteno se mezcla con posibles elementos de aleación y se introduce en
moldes.
La mezcla es compactada con unas presiones de hasta 2000 bares.
La pieza prensada resultante (conocida también como pieza en verde) es sinterizada
entonces en hornos especiales a temperaturas de más de 2000 °C. Durante este
proceso, la pieza adquiere su densidad y se forma su microestructura.
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Ilustración 2: Pulvimetalurgia del Tungsteno.
IV. BIBLIOGRAFÍA
o TUNGSTEN Sources, Metallurgy, properties and Applications.
o Handbook of Extractive Metallurgy Volume 1, 2 and 3. Fathi Habashi.
o http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3139/Capitulo5.pdf