PROCESOS DE MANUFACTURA EN METALURGIA EXTRACTIVA

Metalurgia Extractiva

En la siguiente explicación se darán ciertas nociones de procesos y operaciones que no solo se observan en los procesos metalúrgicos, sino que son comunes a la mayoría de los materiales que se verán en esta asignatura. Es de crucial importancia para entender el porqué de cada paso en la obtención del producto, a fin de tener una continuidad en el aprendizaje y familiarización con los conceptos. Primero se mostrará la extracción de la materia prima y luego lo que ocurre realmente en la industria posteriormente al ser procesada.

Metalurgia es la ciencia que estudia la obtención de los metales a partir de sus minerales y su posterior transformación.

Siderurgia es la especialidad de la Metalurgia dedicada solo al estudio del acero, por ser este el metal más abundante, de mayor uso y menor precio. La obtención de los metales y los tratamientos necesarios para hacerlos útiles a la humanidad, dependen de cinco materiales principales: menas, fundentes, combustibles, aire y agua.

Mena

La naturaleza ha sometido a la Tierra a una serie de procesos de condensación, solidificación y disolución. En estas transformaciones se han cumplido los principios fisicoquímicos y ha habido concentración de elementos químicos en determinadas zonas de la  corteza terrestre.

Entendemos por menas los productos geológicos susceptibles de aprovechamiento por el hombre, enriquecidos en algún elemento químico. De manera que, en general, una mena se define como un mineral o mezcla de minerales, de los que se puede extraer con provecho uno o más elementos. Cuando este elemento químico es un metal, la mena en cuestión es una mena metálica. 

La mena esta formada de dos partes: el mineral, porción relativamente rica en el metal o elemento que se desea obtener, con composición química definida, que aparece naturalmente en estado sólido (ver clasificación de los minerales), y la ganga, que es el estéril o desperdicio de la mena, es decir:

 Mena = Mineral + Ganga

La ganga generalmente es rocosa, compuestas de silicatos o calizas que sirven como base para el depósito o se encuentran mezcladas con el mineral, también se considera ganga a los minerales de otros metales o elementos que no son los explotados (ver cobre). Vemos la ganga en general como la tierra y rocas mezcladas con el mineral en el yacimiento.

De todo esto se desprende que conviene tratar las menas para extraerle las impurezas lo más que se pueda antes de ingresarlas al horno, reduciendo así el consumo de combustible y facilitando el proceso debido a la mayor limpieza.

Preparación del Mineral

1º) Extracción del mineral: Del yacimiento metálico se extraen grandes bloques de mena, que hay que reducir para introducirlo en el proceso. Se realiza por dinamitado, martillos o máquinas excavadoras especiales.

2º) Trituración del mineral: debe reducir esos bloques a tamaños adecuados al proceso. Las máquinas a emplear según el caso son:

- Trituradora de mandíbula 

- Molino de bolas: se obtiene mineral muy 

- Giratorio cónico dos conos macho hembra (chancador)

- De cilindro (Rodillo giratorio)

3º) Clasificación: Se realiza mediante uno o más tamices por tamaño de partículas. También puede hacerse con ciclones para suspensiones, que por lo general sonacuosas.

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4º) Enriquecimiento o concentración: Se separa la ganga o parte de ella del mineral:

• Enriquecimiento magnético usado con la magnetita (Fe3O4), las partículas de mineral de hierro son extraídas por magnetismo, mientras que la ganga no es atraída.

• Enriquecimiento por densidad: la ganga flota en un líquido especial (por lo general soluciones acuosas), el mineral se va al fondo donde es extraído por medios mecánicos o neumáticos.

• Enriquecimiento por flotación: Se hacen flotar en un medio líquido las finas partículas de la mena, adhiriéndoles una burbuja de aire, mientras que la ganga  precipita al fondo de la celda de flotación.

• Enriquecimiento por centrifugado: Se hacen pasar por un ciclón (en un medio líquido por lo gral.) las finas partículas de la mena,  retirándose hacia la pared las partículas de mayor densidad(separación del oro en proceso del cobre)

5º) Aglomeración: es necesario por la gran cantidad de polvo que se produce durante la extracción, la preparación, transporte y la recuperación de polvos de la carga  del proceso de obtención del metal (arrabio en el alto horno).

• Sinterizado: Se emplea para producir “piezas” de gran resistencia y dureza por prensado y calentado, a una temperatura próxima a la de fusión (soldadura por contacto).  

• Pelletizado: En este caso, la molienda fina de mineral se humedece, se le agrega polvo de cal, también polvo de coque y se lleva a un tambor giratorio donde se forman grumos, bolitas de 1cm de diámetro. Luego se cocinan en un horno a 1000 ºC para endurecerlas. Tanto los pellets como los sinters se cargan directamente en el alto horno y téngase en cuenta que estos contienen los mismos elementos de la carga de alto horno, en las proporciones adecuadas. Estos temas de formación de piezas con polvos, serán tratados con mayor detalle al ver Metalurgia de Polvos.

PRODUCCIÓN DEL HIERRO Y ACERO

Una vez analizado el proceso de extracción en si mismo, pasamos a ver el procedimiento necesario para elaborar el mayor producto, fruto de estos procesos: El Hierro. Inicialmente analizaremos el metal de Hierro en si, con sus propiedades y luego los recursos que se emplean en la industria para conformarlo como metal útil. Posteriormente, el análisis proseguirá con su transformación en acero.

Minerales de Hierro

En el campo siderúrgico los minerales de Hierro más importantes son los siguientes:

• Fe3O4    Magnetita (mena negra). Óxido Ferroso Férrico

• Fe2O3    Hematita roja. Óxido Ferroso Férrico.

• Fe2O3  nH2O Limonita, Hematita Parda. Óxido Férrico hidratado (contiene por lo general mucha cantidad de ganga)

• FeCO3    Siderita (Hierro Carbonado) Es carbonosa, contiene azufre pero poco fósforo. Se debe calcinar previamente, donde elimina CO2 , y expulsa el azufre y la humedad. Después de la calcinación puede quedar Fe2O3 o Fe3O4