1.1 metalurgia extractiva

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    DEPARTAMENTO DE LA ENERGIA Y LA

    MECANICA

    TECNOLOGI DE LOS M TERI LES

    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Por: GABRIEL OROZCO T 05/ABRIL/2014

    ESCUEL POLITECNIC DE L S

    FUERZ S RM D S

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Metalurgia Es la ciencia que estudia la obtencin de los metales a partir de

    sus minerales y su posterior transformacin.

    Siderurgia Es la especialidad de la Metalurgia dedicada solo al estudio del

    acero, por ser este el metal ms abundante, de mayor uso y

    menor precio. La obtencin de los metales y los tratamientos necesarios para

    hacerlos tiles 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 decondensacin, solidificacin y disolucin. En estas

    transformaciones se han cumplido los principios fisicoqumicos y

    se ha producido la concentracin de elementos qumicos en

    determinadas zonas de la corteza terrestre.

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    FUND MENTOS DE MET LURGI EXTR CTIV

    Entendemos por menas los productos geolgicos que puedenser aprovechados por el hombre, por estar enriquecidos por

    algn elemento qumico. 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 ms elementos. Cuando este

    elemento qumico es un metal, a la mena se le conoce como unamena metlica.

    La mena esta formada de dos partes: el mineral, porcin

    relativamente rica en el metal o elemento que se desea obtener,

    con composicin qumica definida, que aparece naturalmente en

    estado slido (ver clasificacin de los minerales), y la ganga, quees el estril o desperdicio de la mena, es decir:

    Mena = Mineral + Ganga

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    VISTA DEL YACIMIENTO DE CHUQUICAMATA

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    La ganga generalmente es rocosa, compuestas de silicatos o

    calizas que sirven como base para el depsito o se encuentran

    mezcladas con el mineral, tambin se considera ganga a losminerales de otros metales o elementos que no son los explotados.

    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 ms que se pueda antes de ingresarlas

    al horno, reduciendo as el consumo de combustible y facilitando el

    proceso debido a la mayor limpieza.

    En el caso de los metales que estudiamos, es raro encontrarlos en

    estado nativo en las menas. Algunos casos especiales son el oro,cobre, plata, platino, estao, mercurio y bismuto. Lo comn es que

    los metales se encuentren en las menas como combinaciones

    qumicas estables, a las cuales tienden a volver cuando son

    atacados por ambientes industriales o atmosfricos. Es conocido el

    caso de la oxidacin del hierro y su consiguiente degradacin.

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Ley de la mena = cantidad en peso de metal / tonelada de MENA

    Ley del mineral = cantidad en peso de metal / tonelada de MINERAL

    Los factores que inducen a explotar una mena son lossiguientes:

    La mena en si, ya que esta puede ser ms o menos rica en elmineral objeto de extraccin.

    La riqueza en si de una mena se define como el porcentaje demetal que contiene, generalmente, en estado combinado. Seexplotan menas de riqueza muy variable, segn la naturaleza delmetal a extraerse.

    La riqueza de la mena es, sin duda, la base principal para suvaloracin, aunque tambin se considera la composicin qumica

    de la mena en su conjunto, ya que ciertas impurezas, anpresentes en cantidades pequeas pero que son muyperjudiciales, pueden hacer que una mena rica en mineral tengapoco valor.

    El transporte. La disponibilidad de medios de comunicacinaccesibles y la proximidad de los centros de consumo influyen

    decisivamente en la explotacin de una mena.

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Es evidente que la importancia econmica de un yacimientodepende en forma considerable de su volumen y situacin, tanto

    geolgica como geogrfica. As, una mena puede ser muyconveniente por su composicin qumica y condicin fsica, peroestar localizada en un lugar inaccesible.

    Cantidad. Es posible que la cantidad de mena en el depsito nojustifique el gasto necesario para ponerla en explotacin. La aparicinde yacimientos de menas ricas en un metal, pero reducidas, har

    posiblemente prohibitivo la instalacin de equipos para su explotacin. Economa. Los factores econmicos se deben tener en cuenta entodos los procesos de concentracin y extraccin. Es completamenteerrneo suponer que el valor de la mena es algo fijo e intrnseco. Estntimamente ligado a la capacidad del hombre de aprovechar elmineral, y vara con las necesidades y preferencias de ste.

    Riqueza del metal que se desea obtener. Las exigencias de riquezadel metal que se desea obtener deciden el procedimiento de lametalurgia extractiva que se ha de emplear.

    Posibilidad de aplicar nuevas tcnicas. La destilacin, elintercambio inico, la extraccin con disolventes, etc., constituyen loque podramos denominar nuevas tcnicas, cuya posibilidad deaplicacin a los procesos extractivos influye notablemente en el

    concepto de explotabilidad de las menas.

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Menas de calidades idnticas que se presentan en condiciones

    fsicas y polticas diferentes, tienen valores muy distintos, segn el

    gasto de extraccin, coste de transporte y necesidades de lasindustrias y las naciones; pero principalmente el valor de una mena

    depende de lo adecuados y eficaces que sean los procesos de

    extraccin, concentracin y afino aplicables, por lo que

    continuamente se encuentra afectado por los avances tecnolgicos

    y el consumo de los metales. En las menas, generalmente, el mineral y la ganga se encuentran

    ntimamente mezclados y es muy difcil separarlos. Es frecuente

    que las menas contengan varios minerales, algunos de ellos

    elementos no deseados, y es misin de la metalurgia extractiva el

    separarlos, antes de la operacin de fusin o en algn paso

    posterior antes de que el metal salga al mercado. As el

    tratamiento de las menas comprende procesos fsicos y qumicos,

    y la mxima simplificacin se consigue cuando solo con agua se

    puede separar el mineral o el metal de la ganga, aprovechando sudistinta densidad (decantacin).

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Cada da son ms escasas las menas ricas en un nico mineral,por lo general, cada vez se requiere mayor trabajo para la

    clasificacin de los minerales y su tratamiento se da cada vez enmayores volmenes para que sean rentables.

    El tratamiento de las menas comienza con la trituracin degrandes rocas en partculas de tamao medio o finas, segn loexija el mtodo metalrgico a seguir. Como veremos ms

    adelante, el tamao juega un rol muy importante, que difiere enlos materiales, como el hierro, aluminio, cobre, e incluso enmetalurgia de polvos y es de vital importancia entender el porqude cada extraccin.

    Despus de clasificar por tamaos, se someten las partculas a laaccin de varios tipos de fuerzas para conseguir la separacin dela parte que interesa.

    A pesar de la variacin en la composicin y forma fsica de lasmenas, estas se tratan segn un corto nmero de sencillosprincipios. Una mena de baja ley es un agregado de distintasespecies o clases de minerales que se presentan en forma de

    partculas o granos de tamao variable.

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    En la mayora de los casos, estas partculas estn cimentadas enuna roca que puede estar parcial o totalmente descompuesta. En

    otros casos, puede ser una mezcla de partculas libres de los

    minerales constituyentes. Cuando las partculas estn cimentadas,

    es necesario liberarlas antes de la concentrarlas, y esto se

    consigue mediante el quebrantado, triturado o molido. Cadatrituracin suele ir precedida por un cribado. La trituracin y la

    molienda son dos operaciones que se emplean de manera

    sucesiva; la primera, con para obtener el material en porciones

    gruesas, y la ltima en partculas finas y/o polvo. Estas

    operaciones se basan, en la experiencia. Existen varios tipos de mquinas, se las puede clasificar en los

    siguientes grupos: trituradoras groseras, que son quebrantadoras;

    trituradoras intermedias y molinos.

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Las quebrantadoras sirven para triturar rocas de tamao grandeun tamiz que permite la salida del mineral suficientementetriturado. Las trituradoras intermedias, reducen an mas eltamao y finalmente los molinos finos, que dan un materialimpalpable, actan por la accin de la fuerza centrifuga, siendo elms conocido el molino de bolas o tubos.

    Los materiales que se han de transportar en una instalacinmetalrgica pueden ser lquidos o slidos. El equipo mecnico autilizarse depende exclusivamente de la cantidad de materiales atransportarse, pero tambin de otros factores. Los mtodos detransporte se pueden clasificar en los siguientes grupos:

    Vagonetas (ferrocarril) o cucharones; Transportadores de correa; Transportadores de cadena; Transportadores de hlice; Transportadores neumticos o hidrulicos (mineraloducto).

    Camiones

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    FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Tamizado La separacin de los slidos, por su tamao, mediante tamices,

    tiene particular importancia en la metalurgia extractiva.

    La separacin de las partculas slidas de cinco a diez centmetros

    de dimetro de los polvos finos se hace, segn el tamao, en

    enrejados, tambores o tamices vibratorios; los dos ltimos para lostamaos pequeos.

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    CLASIFICACIN DE LOS MINERALES METLICOS

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    PREPARACIN DEL MINERAL

    Recapitulando lo expresado hasta ahora, vemos:

    1) Extraccin del mineral: Del yacimiento metlico se extraen grandes bloquesde mena, que hay que reducir para introducirlo en el proceso. Se realiza pordinamitado, martillos o mquinas excavadoras especiales.

    2) Trituracin del mineral: debe reducir esos bloques a tamaos adecuados alproceso. Las mquinas a emplear segn el caso son:Trituradora de mandbula; Molino de bolas: se obtiene mineral muy fino. Giratoriocnico dos conos macho hembra (chancador), de cilindro (Rodillo giratorio)

    3) Clasificacin: Se realiza mediante uno o ms tamices por tamao departculas. Tambin puede hacerse con ciclones para suspensiones, que por logeneral son acuosas.

    4) Enriquecimiento o concentracin: Se separa la ganga o parte de ella delmineral :- Enriquecimiento magntico usado con la magnetita (Fe3O4), las partculas demineral de hierro son extradas por magnetismo, mientras que la ganga no lo es. Enriquecimiento por densidad: la ganga flota en un lquido especial (por logeneral soluciones acuosas), el mineral se va al fondo donde es extrado pormedios mecnicos o neumticos. Enriquecimiento por flotacin: Se hacen flotar en un medio lquido las finaspartculas de la mena, adhirindoles una burbuja de aire, mientras que la gangaprecipita al fondo de la celda de flotacin.- Enriquecimiento por centrifugado: Se hacen pasar por un cicln (en un mediolquido por lo gral.) las finas partculas de la mena, retirndose hacia la pared las

    partculas de mayor densidad (separacin del oro en proceso del cobre)

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    PREPARACIN DEL MINERAL

    5) Aglomeracin: es necesario por la gran cantidad de polvo que se produce

    durante la extraccin, la preparacin, transporte y la recuperacin de polvos dela carga del proceso de obtencin 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 prxima a la de fusin (soldadura por

    contacto).

    Pelletizado: En este caso, la molienda fina de mineral se humedece, se le

    agrega polvo de cal, tambin polvo de coque y se lleva a un tambor giratoriodonde se forman grumos, bolitas de 1cm de dimetro. Luego se cocinan en un

    horno a 1000 C para endurecerlas.

    Tanto los pellets como los sinters se cargan directamente en el alto horno y

    tngase en cuenta que estos contienen los mismos elementos de la carga de

    alto horno, en las proporciones adecuadas. Estos temas de formacin de piezas

    con polvos, sern tratados con mayor detalle al ver Metalurgia de Polvos.