Introducción a la Metalurgia

¿Qué es un mineral? Una sustancia en estado sólido formada por elementos químicos que se combinan para crear compuestos. Estos se encuentran en fisuras y yacimientos en la tierra.

Clasificación de Minerales

Según su Origen:

• Primarios: No han sufrido cambios químicos en los yacimientos (ej. oro).
• Secundarios: Han sufrido reacciones químicas y se forman a partir de los primarios (ej. PbSO₄: sulfato de plomo/anglesita).

Según el Ordenamiento de Átomos:

• Amorfos: Sus átomos están desordenados (ej. rocas volcánicas).
• Cristalinos: Átomos ordenados (ej. cuarzo).

Según sus Elementos:

• Metálicos: Presentan al menos un elemento metálico en su composición. Propiedades importantes: maleabilidad, conductividad eléctrica, ductilidad (ej. cobre, molibdeno, hierro, oro, plata, manganeso).
• No Metálicos: Contienen un elemento no metálico en su estructura (ej. nitrato, azufre, yeso, sal común).

Factores que Alteran la Obtención de Materias Primas

1. Factor Estequiométrico: Según el principio de Le Châtelier, existen factores que modifican el equilibrio del sistema, impactando la producción.
   • Concentración: A mayor concentración de reactantes, mayor producción de productos. A + B (reactantes) → C + D (productos).
   • Temperatura: El efecto de la temperatura depende del tipo de reacción: exotérmica o endotérmica. Endotérmica + calor: + productos / Exotérmica + calor: – productos / Endotérmica – calor: – productos / Exotérmica – calor: + productos.
   • Presión: Un aumento de la presión desfavorece la elaboración de productos gaseosos.
2. Factor Termodinámico: Depende de la energía libre de Gibbs (ΔG). ΔG < 0 (espontánea/favorable), ΔG > 0 (no espontánea), ΔG = 0 (en equilibrio).
3. Factor Cinético: Describe la velocidad de reacción. El 70% de las reacciones industriales son catalizadas (biológica o químicamente).

Procesos Metalúrgicos

Conjunto de procesos físicos y químicos para extraer un elemento químico del mineral.

Etapas:

1. Exploración y Extracción: Determinar la forma, extensión y calidad del yacimiento.
2. Tratamiento Físico: Separar la mena de la ganga (ej. chancado, molienda, tamizado, flotación).
3. Tratamiento Químico: Romper interacciones intermoleculares para obtener el elemento puro.
   • Vía Seca: Sin líquido (ej. fusión, reducción, calcinación).
   • Vía Húmeda: Con líquido (ej. precipitación, lixiviación, biolixiviación bacteriana).
4. Refinación: Purificar el mineral extraído con calor o electricidad.

Obtención de la Cerámica

Materiales no metálicos, inorgánicos, unidos por enlaces iónicos y covalentes. Son duros, frágiles, quebradizos, resistentes a la penetración, deformación y altas temperaturas.

Procesos:

1. Amasado: Mezclar arcilla, caolín, aditivos y agua.
2. Conformado: Dar forma con un torno.
3. Secado: Eliminar agua a temperatura ambiente.
4. 1era Cocción: Hornear a 1000 °C.
5. Revestimiento: Cubrir con barniz o esmalte.
6. 2da Cocción: Hornear nuevamente.
7. Acabado: Pintar y decorar.

Obtención del Vidrio

Composición: 45% arena sílice, 15% carbonato sódico (fundente), 10% piedra caliza (durabilidad). Horno: 1500 °C x 24 horas. El vidrio reciclado se integra a la mezcla para ahorrar energía.

Metalurgia del Cobre

Metal de transición, excelente conductor eléctrico, dúctil, maleable, con alta capacidad térmica. Aleaciones importantes: latón (cobre + zinc) y bronce (cobre + estaño). Se encuentra en la naturaleza como cobre oxidado y sulfurado.

Metalurgia del Cobre Oxidado:

1. Extracción: Minas a tajo abierto (perforación, tronadura, carguío, transporte).
2. Chancado y Molienda: Reducir el tamaño del mineral a 1,27 cm de diámetro.
3. Lixiviación y Extracción: Proceso hidrometalúrgico con sustancias líquidas. CuO(s) + H₂SO₄(ac) → CuSO₄(ac) + H₂O. El mineral molido se apila y se riega con ácido sulfúrico, obteniendo una disolución de sulfato de cobre (9 g/L).
4. Electroobtención: Electrolisis de la disolución de sulfato de cobre para obtener cátodos de cobre con 99,99% de pureza (cobre electrolítico).

Metalurgia del Cobre Sulfurado:

1. Extracción: Minas subterráneas y a tajo abierto.
2. Chancado y Molienda: Reducir el tamaño del mineral a 1,27 cm de diámetro.
3. Flotación: Proceso físico-químico que separa el mineral de las impurezas mediante burbujas.
4. Fundición: Calentar el mineral a 1200 °C en hornos reverberos y convertidores. Se oxida las impurezas con aire, obteniendo cobre blíster (96% de pureza). La pirorefinación elimina impurezas con fuego, alcanzando 99,6% de pureza.