ind metalurgica

INDUSTRIA METALURGICAINDUSTRIA METALURGICA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMAUNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE DE MÉXICOMÉXICO

Colegio de Ciencias y HumanidadesColegio de Ciencias y Humanidades

Plantel AzcapotzalcoPlantel Azcapotzalco

Dr Ignacio Rodríguez Robles

M en I. Josefina Becerril A.

METALES DE IMPORTANCIA ECONÓMICA

CROMOCROMO

NIQUELNIQUEL

PLATINOPLATINO

PLOMOPLOMO

HIERROHIERRO

MANGANESOMANGANESO

TUNGSTENOTUNGSTENO

ALUMINIOALUMINIO

MERCURIOMERCURIO

MOLIBDENOMOLIBDENO

VANADIOVANADIO

COBRECOBRE

OROORO

PLATAPLATA

CINCCINC

BISMUTOBISMUTO

MAGNESIOMAGNESIO

COBALTOCOBALTO

ANTIMONIOANTIMONIO

ESTAÑOESTAÑO

Propiedades Físicas y Químicas

Metales

1. Brillo metálico

2. Alta conductividad calorífica

3. Alta conductividad eléctrica

5. Dúctiles

4.Maleables

6. Empaquetamiento compacto

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS METALES

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS METALES

1. En general tienen entre 1 y 3 electrones externos.

2. Ceden sus electrones externos para formar cationes.

3. Están unidos mediante el enlace metálico

4. Cuando se ponen en contacto dos metales se forma una aleación.

5. Reaccionan con oxígeno formando óxidos básicos

Reacciones de desplazamiento en los metales

• Los metales pueden sufrir una reacción de desplazamiento, es decir un metal de un compuesto puede ser desplazado por otro metal en estado libre.

• M1A + M2 M2A + M1 .

• Ecuación que indica que el metal libre M2, desplaza al metal M1 de su compuesto y lo deja en libertad.

• Una forma sencilla de predecir si va a ocurrir una reacción de desplazamiento es utilizar la llamada serie electroquímica.

• La Serie electroquímica o serie de actividad es en realidad un resumen de las reacciones de desplazamiento que pueden llevarse a cabo.

Reacciones de desplazamiento en los metales

•En la mencionada serie electroquímica aparece el Hidrógeno que no es un metal, sin embargo lo que se puede desprender de su posición es que los metales que se encuentran arriba de él lo desplazan de sus compuestos, es decir reaccionan con agua y con ácidos.

• Este desplazamiento se da también entre metales, por ejemplo el Mg se encuentra arriba del Co, por lo tanto lo desplaza de sus compuestos como se ve en la siguiente ecuación:

CoCl2 + Mg MgCl2 + Co

Este tipo de reacciones se utiliza para la industria metalúrgica, ya que se utiliza un metal barato para obtener uno con mayor precio.

ACTIVIDAD

LITIOPOTASIOBARIOCALCIOSODIOMAGNESIOALUMINIOCINCCROMOHIERROCADMIOCOBALTONÍQUELESTAÑOPLOMOHIDRÓGENOCOBREMERCURIOPLATAPLATINOORO

LOS METALESQUE ESTÁN ENLA PARTE SUPERIORDESPLAZAN DE SUS COMPUESTOS A LOS QUE SE ENCUENTRANABAJO

EL MÁS ACTIVO LITIO

EL MENOS ACTIVO ORO

ORDEN DE ACTIVIDAD ORDEN DE ACTIVIDAD DE LOS METALESDE LOS METALES

• LOS METALES QUE SE ENCUENTRAN EN ESTADO

NATIVO SON LOS QUE SE LOCALIZAN ABAJO DEL

HIDRÓGENO EN LA SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS

METALES.

•LOS METALES QUE ESTAN ARRIBA DEL

HIDRÓGENO, DADA SU POSICIÓN EN LA SERIE

ELECTROMOTRÍZ, FORMARAN ÓXIDOS O

HIDRÓXIDOS.

ESTADO NATURAL DE LOS METALES (1)ESTADO NATURAL DE LOS METALES (1)

•EN LA CORTEZA TERRESTRE (PARTE SÓLIDA), SÓLO SE ENCUENTRAN COMPUESTOS DE METALES NO SOLUBLES EN AGUA.

•LOS COMPUESTOS SOLUBLES SE ENCUENTRAN EN EL MAR Y EN DEPÓSITOS SUBTERRÁNEOS.

•LOS METALES IMPORTANTES SE ENCUENTRAN COMO ÓXIDOS, HIDRÓXIDOS, SULFUROS Y SILICATOS INSOLUBLES.

ESTADO NATURAL DE LOS METALES (2)ESTADO NATURAL DE LOS METALES (2)

Obtención de metales

Pirometalurgia

Hidrometalurgia

Electrometalurgia

CIENCIA DE EXTRAER LOS METALES A PARTIR DE SUS MINERALES.

¿Qué es la METALÚRGIA?¿Qué es la METALÚRGIA?

LOCALIZACIÓN DE MINERALES

EXTRACCIÓN

CONCENTRACIÓN

TOSTACIÓN

REDUCCIÓN

REFINACIÓN

TRATAMIENTO, ALEACIÓN

PIROMETALURGIA HIDROMETALURGIA ELECTROMETALURGIA

PROCESO GENERAL DE PROCESO GENERAL DE OBTENCIÓN DE METALESOBTENCIÓN DE METALES

METALURGIA EXTRACTIVA

PROCESOS FÍSICOS PROCESOS QUÍMICOS

Tipos de Procesos Metalúrgicos

ES UN PROCESO FÍSICO, ES LA PARTE INICIAL DE

LA OBTENCIÓN DEL METAL Y CONSISTE EN LA

SEPARACIÓN DEL MINERAL DE OTROS

MATERIALES QUE LO ACOMPAÑAN Y QUE DEBEN

DE SER DESECHADOS.

EN LENGUAJE TÉCNICO:

MINERAL = MENA

DESECHO = GANGA (ARENA, ROCAS, ARCILLAS,

ETC).

CONCENTRACIÓN DEL MINERAL (1)CONCENTRACIÓN DEL MINERAL (1)

LA CONCENTRACIÓN DEL MINERAL SE PUEDE

HACER DE LAS FORMAS SIGUIENTES:

•Separación a mano

•Separación magnética (Fe3O4)

•Separación por medio de diferencias de densidad

•Flotación con aceite (concentración del mineral mayor a 90 %).

CONCENTRACIÓN DEL MINERAL (2)CONCENTRACIÓN DEL MINERAL (2)

1. SEPARACIÓN MAGNÉTICA

2. FLOTACIÓN

LOS MÉTODOS DE CONCENTRACIÓN DE MINERALES MÁS EMPLEADOS EN LA INDUSTRIA MINERO METALÚRGICA SON:

PRINCIPALES PROCESOS FÍSICOS DE PRINCIPALES PROCESOS FÍSICOS DE CONCENTRACIÓN DE MINERALESCONCENTRACIÓN DE MINERALES

Aire comprimido

Mineral concentrado

En la espuma

Ganga

MÉTODO DE SEPARACIÓN DE

MINERALES POR FLOTACIÓN

PRINCIPIOS DEL MÉTODO DE FLOTACIÓN

1. PARA QUE EL MÉTODO DE FLOTACIÓN

FUNCIONE LAS PARTÍCULAS DEL MINERAL,

DEBEN DE SER HIDROFÓBICAS.

2. LOS AGENTES DE FLOTACIÓN SE ADSORBEN

EN LA SUPERFICIE DEL MINERAL, EVITANDO

QUE SE HUMEDEZCA

3. LAS MOLÉCULAS DEL AGENTE DE

FLOTACIÓN TIENEN UN EXTREMO NO POLAR

QUE SE UNE A LA SUPERFICIE DEL MINERAL Y

EL EXTREMO POLAR ES EL QUE INTERACTÚA

CON EL AGUA.

S = C

O CH2 CH3

S - K+

Etil Xantato de potasio

PRINCIPIOS DEL MÉTODO DE FLOTACIÓN (2)

METALURGIA

PIROMETALURGIA

HIDROMETALURGIA

ELECTROMETALURGIA

TOSTACIÓN

REDUCCIÓN

DEFINICIÓN DE LOS PROCESOS METALÚRGICOS

PIROMETALURGIA:UTILIZACIÓN DEL CALOR PARA CONVERTIR EL MINERAL PRIMERAMENTE A UN ÓXIDO (TOSTACIÓN) Y POSTERIORMENTE AL METAL DESEADO (REDUCCIÓN

TOSTACIÓN: CALENTAMIENTO DEL MINERAL EN PRESENCIA DE AIRE, PARA PRODUCIR EL ÓXIDO DEL METAL CORRESPONDIENTE.

REDUCCIÓN: REACCIÓN EL ÓXIDO DEL METAL CON UN AGENTE REDUCTOR QUÍMICO COMO CO o H2, PARA OBTENER EL METAL

PROCESOS PROCESOS METALÚRGICOSMETALÚRGICOS

Proceso que consiste en calentar el mineral finamente dividido en una corriente de aire o en gases de horno enriquecidos con aire.Por ejemplo:2CuS(s) + 3O2(g) 2 CuO(s) + 2 SO2(g) pirita

ZnCO3(s) ZnO(s) + CO2(g) smithsonita

2NiS (s) + 3O2(g) 2NiO(s) + 2SO2(g)millerita

FeCO3 (s) FeO(s) + CO2(g)siderita

PROCESO DE TOSTACIÓNPROCESO DE TOSTACIÓN

PROCESO DE REDUCCIÓN

Proceso que consiste en hacer reaccionar el óxido metálico con un agente reductor como CO, H2 o un metal activo:

Fe2O3(s) + 3CO (g) 2Fe(s) + 3CO2(g)

CuO(s) + H2(g) Cu(s) + H2O(g)

TiCl4(s) + 2Mg(s) Ti(s) + 2 MgCl2(g)

HIDROMETALURGIA:

SEPARACIÓN SELECTIVA DE UN

MINERAL O GRUPO DE MINERALES

MEDIANTE UN PROCESO QUÍMICO

ACUOSO.

PROCESOS PROCESOS METALÚRGICOS(2)METALÚRGICOS(2)

PROCESOS PROCESOS METALÚRGICOS(3)METALÚRGICOS(3)

ELECTROMETALURGIA:ELECTROMETALURGIA:

EMPLEO DE LOS MÉTODOS DE ELECTRÓLISIS EMPLEO DE LOS MÉTODOS DE ELECTRÓLISIS

PARA OBTENER EL METAL PURO A PARTIR PARA OBTENER EL METAL PURO A PARTIR

DE CUALQUIERA DE SUS COMPUESTOS O BIEN DE CUALQUIERA DE SUS COMPUESTOS O BIEN

LA PURIFICACIÓN DE UNA FORMA IMPURALA PURIFICACIÓN DE UNA FORMA IMPURA

DEL METALDEL METAL

Pirometalurgia del HierroPirometalurgia del Hierro

Obtención del hierro de sus minerales utilizando calor

Esquema General de la Pirometalurgia del Hierro

Extracción del mineral de hierro

Transporte del mineral

de hierro

Concentración del mineral - Quebrado - Lavado -Cribado - Concentrado

Extracción de coque

Transporte del mineral

de coque

Preparación del mineral de coque -•Refinado•Calentado

Extracción de piedra caliza

Transporte de piedra

caliza

Preparación del mineral de coque -•Lavado•Quebrado•Cribado

Aire

Alto horno

Escoria

Arrabio

PIROMETALURGIA DEL FePIROMETALURGIA DEL FeDiagrama de Flujo del procesoDiagrama de Flujo del proceso

ConcentraciónMineral

Ganga

Óxido de Fe

Impurezas Reducción en

Alto horno

CO,

CO2

NO2

Coque (C)

CaCO3

Aire

O2 y N2Fe

Impuro

Recortes de Fe

CaO

Fe, C

Ni, P

Si, etc

Refinación en

Convertidor

O2 o O2 y Ar

CO2

SO2

Ni2SiO4

Mn2SiO4

Ca3(PO4)2

Fe y CACERO

Al carbón

Escoria

Principales menas de Hierro

Mineral Contenido de Fe

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café) 60-65% de hierro

Principales minerales: Hematita Fe2O3 y Magnetita Fe3O4

Concentración de minerales: Se muele en forma de polvos finos y se separa el mineral de la ganga mediante imanes

El contenido de hierro sube de 30-40 % a 60 o 65 %.

Se forman lingotes pequeños de 6 a 25 mm de diámetro para meter el mineral al Alto horno.

Tostación: Este proceso no se lleva a cabo debido a que el mineral ya es un óxido.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (1) Proceso de concentración

Reducción del mineral: se lleva a cabo en un alto

horno, reactor químico continuo, de 60 m de altura

16 m de ancho, capaz de producir 10, 000 Toneladas

diarias.

Los altos hornos se cargan con una mezcla de coque,

mineral de hierro y piedra caliza.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (2)PIROMETALURGIA DEL HIERRO (2)Proceso de reducciónProceso de reducción

El coque tiene dos funciones principales: como

combustible para calentar el horno y producir

gases reductores como el CO y H2.

El CaCO3 sirve para formar las escorias.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (3)PIROMETALURGIA DEL HIERRO (3)Funciones del coque y CaCOFunciones del coque y CaCO33

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (4)Operación del alto horno

El aire precalentado se introduce al alto horno por la parte inferior, y su función es permitir la combustión del coque.

Para producir 1kg de hierro, se requiere de 2 kg de mineral, 0.3 kg de piedra caliza, 1 kg de coque y 1.5 kg de aire.

El coque se quema en la parte baja del horno, a esta temperatura el CO2 no es estable y reacciona con el coque como se muestra en las siguientes ecuaciones:

C(s) + O2(g) CO2(g) C(s) + CO2(g) 2 CO(g) , sumándolas2C(s) + O2(g) 2CO (g)

El vapor de agua presente en el aire también reacciona con el coque:C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (5)PIROMETALURGIA DEL HIERRO (5)Formación de CO y HFormación de CO y H22 en el Alto Horno en el Alto Horno

Reacciones de obtención de Fe por reducción con CO Reacciones de obtención de Fe por reducción con CO e He H22..

Los óxidos metálicos son reducidos y para el caso del Fe3O4, las reacciones químicas son:

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

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

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (6)PIROMETALURGIA DEL HIERRO (6)

Los otros elementos presentes también se reducen:MnO(s) + CO(g) Mn(l) + CO2(g)

SiO2(l) + 2CO(s) Si(l) + 2CO2(g)

P2O5 (l) + 5 CO(s) 2 P(l) + 5 CO2 (g)

La escoria formada se queda encima del hierro fundido y

lo protege. El hierro fundido se moldea en lingotes que se

utilizan para la fabricación de acero.

PIROMETALURGIA DEL HIERRO (7) Reducción de Impurezas

Alto Horno

Mineral, piedra caliza y coque

CO, CO2, NO2

Tobera para suministro de aire caliente

Boquilla de soplado de aire caliente

Escoria

Hierro fundido

Salida de hierro fundido

1600°C

1000°C

600°C

250°C

Hombre

Reducción directa del mineralREDUCCIÓN DIRECTA DEL MINERAL DE HIERRO     También se puede utilizar el método de reducción directa, el cual emplea agentes reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de acero.

Obtención de Fe esponja

Producción de Hierro esponja

METANO

Agua

CH4

H2O(v)

H2 (g) + CO (g)

Agua fría

Agua Caliente

Mineral de

hierro

CH4 + H2O CO + 3H2

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O

Reactor1 Reactor

2

Hierro Esponja

Energía

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO(1)

La refinación se lleva a cabo en un recipiente llamado

Convertidor con capacidad aproximada de 300 Ton,

Inicialmente se carga con recortes de hierro y CaO

(75 Ton), posteriormente se llena con hierro

fundido proveniente del alto horno.

El hierro tiene como impurezas: 0.6 a 1.2% de Si,

0.2% de P, 0.4 a 2% de Mn y 0.3 % de S y gran

cantidad de C.

Se utiliza como agente oxidante O2 puro u O2 con Ar.

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO(2)

El O2 reacciona con las impurezas y permite su

disminución:

C y S se eliminan como CO2 y SO2.

El Si forma SiO2, que se adhiere a la escoria, los óxidosmetálicos forman silicatos con el SiO2

La presencia de CaO ayuda a la eliminación del P, formándose el Ca3(PO4)2.

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO(3)

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO (4)

En resumen, las impurezas del hierro reaccionan con O2

2 Mn(l) + O2(g) 2 MnO(l)

2 Ni (l) + O2(g) 2NiO (l)

Si(g) + O2(g) SiO2(l)

Los óxidos metálicos reaccionan con el SiO2

formando silicatos que se integran a la escoria:

2 MnO (l) + SiO2(l) Mn2SiO4

2 NiO (l) + SiO2(l) Ni2SiO4

Y el P reacciona con el CaO formando fosfato:

3 CaO(l) + P2O5(l) Ca3(PO4)2(l)

que también se integra a la escoria.

REFINACIÓN DEL HIERRO Y FORMACIÓN DEL ACERO (5)

CONVERTIDOR DE HIERRO Y ACERO

Ladrillos

refractariosCinturónPara el Manejo delrecipiente

HierroFundido yescoria

Entrada de O2

y O2 – Ar

Cubierta

removible

Extremo para

vaciarlo

PROCESO TRADICIONAL

COQUIZADOR ALTO HORNO

Reactor de

Reducciób

CONVERTIDOR

CONVERTIDOR

COLADA CONTINUACARBÓN

Gas

Natural

PELLETS

MINERALENERGÍA

ELÉCTRICA

PROCESO DEL HIERRO ESPONJA

COMPARACIÓN DE PROCESOS DE COMPARACIÓN DE PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL HIERROOBTENCIÓN DEL HIERRO

Producción de

Gas de síntesis

Fabricación de Fe y aceros

Arrabio Liquido o sólido

Proceso de pudelado

Convertidor Bessemer

Hornos de Hogar abierto

Hornos de Arco eléctrico

Hornos de

Refinación

Cubilote

Hierro dulce C < 0.1%

Aceros al carbón 0.1 % > C < 2.0 %

Colados de Hierro maleable 2.0 > C < 2.5 %

Hierro colado maleable 2.5 %< C < 3.75%

Influencia de los elementos químicos en el hierro

Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo se puede decir que es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad.

Influencia de los elementos químicos en el hierroSilicio. Este elemento hasta un 3.25% es un ablandador del hierro, arriba de 3.25% actúa como endurecedor. El hierro con bajo contenido de silicio responde mejor a los tratamientos térmicos.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundición arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro. También aumenta la fluidez, resistencia y dureza del hierro.

Equipo IndustrialEquipo Industrial

Pirometalurgia del HierroPirometalurgia del Hierro

Alto hornoAlto horno

Horno de arco eléctricoHorno de arco eléctrico

Proceso HidrometalúrgicoProceso Hidrometalúrgico

Metalurgía de OroMetalurgía de Oro

Hidrometalúrgia del AuDiagrama de flujo

Tanque

de

disolución

Mineral

Aire (O2 y N2) Solución acuosa

de NaCN

Filtro

Ganga

Au en solución

Impurezas

solubles

Precipitador

de impurezas

solubles

CaO

M(OH)n

Au en soluciónPrecipitador

de Au

Zn

(Au(s) Zn(s)Eliminador

de Zn

Aire

ZnOAu

Para minerales con muy poco contenido de oro, se utiliza

un método por vía humeda con NaCN en presencia de oxígeno

del aire, se forma un compuesto complejo estable que es

soluble en agua:

4Au(s) + 8NaCN(ac) + O2(ac) + 2H2O(l) 4AuNa(CN)2(ac) + 4NaOH(ac)

HIDROMETALURGÍA DEL ORO (1)Reacción en el tanque de disolución

Esta solución se trata con CaO, para precipitar otros iones

metálicos como hidróxidos, por ejemplo:

Mn2+(ac) + CaO(s) + H2O(l) Mn(OH)2(s) + Ca2+(ac)

Se filtra la solución y se trata con Zn metálico para precipitar el Au:

2 AuNa(CN)2(ac) + Zn(s) ZnNa2(CN)4(ac) + 2Au(s)

HIDROMETALURGÍA DEL ORO (2)HIDROMETALURGÍA DEL ORO (2)Precipitación de impurezas y de AuPrecipitación de impurezas y de Au

Mediante la filtración se obtiene una mezcla de Zn y

Au, para separar el Zn, primero se calienta para

formar el ZnO(s), el cual calentarse se sublima y deja

al Au, el cual se funde con borax Na4B4O7.10H2O y

Sílice SiO2, con lo cual se forma una escoria en la cual

se eliminan Los óxidos metálicos que pudieron haber

quedado.

HIDROMETALURGÍA DEL ORO (1)HIDROMETALURGÍA DEL ORO (1)Purificación del AuPurificación del Au

Proceso Hidro y Electro Proceso Hidro y Electro metalurgicometalurgico

Metalurgia del AluminioMetalurgia del Aluminio

Metalurgía del aluminio

• Para la obtención del aluminio, se usan Para la obtención del aluminio, se usan dos procesos metalúrgicos:dos procesos metalúrgicos:

• Hidrometalurgia (concentración del Hidrometalurgia (concentración del mineral)mineral)

• Electrometalurgia para obtener el metal.Electrometalurgia para obtener el metal.

Hidrometalurgia (proceso Bayer)

Reactor de

Concentración

de mineral

Bauxita

Al2O3 +Impurezas

Solución acuosa

de NaOH al 30 %

Silicoaluminatos

Óxido e hidróxidos

de Fe

Al2O3 purificado Proceso

Hall

El mineral más adecuado para obtener el Al es la bauxita Al2O3

.xH2O.

Para eliminar las impurezas de Fe y SiO2, se emplea el proceso

Bayer, en el cual el mineral se muele y pulveriza, y se hierve

en solución acuosa concentrada de NaOH al 30% entre 150

y 230 °C, obteniéndose:

Al2O3.H2O(s) + 6H2O (l) + 2OH-(ac) 2 Al(H2O)2(OH)4

-(ac)

METALURGIA DEL ALUMINIO (1)METALURGIA DEL ALUMINIO (1)Hidrometalurgia (Proceso Bayer)Hidrometalurgia (Proceso Bayer)

Las impurezas de SiO2 precipitan como

silicoaluminatos y el óxido hierro como un lodo rojo.

A la solución que contiene el aluminio se le

elimina el agua, el sólido resultante se calcina y se

obtiene un óxido parcialmente hidratado

Al2O3.xH2O llamado alumina que al calentarlo a

1000°C se convierte en óxido de aluminio anhidro.

METALURGIA DEL ALUMINIO (2)Hidrometalurgía

Electrometalurgia del aluminio Electrometalurgia del aluminio Proceso HallProceso Hall

Celda

electrolítica

Al2O3Proceso

Bayer

Criolita

Corriente

eléctica

Aluminio fundido

C electrodos

de Grafito (anodos)

CO2 gas

Se emplea el proceso Hall en el cual se disuelve el

Al2O3 purificado en criolita fundida Na3AlF6, la

cual se funde a 1012 °C y es un buen conductor

de la corriente eléctrica.

METALURGIA DEL ALUMINIO (3)METALURGIA DEL ALUMINIO (3)ElectrometalurgiaElectrometalurgia

En la electrólisis se emplean ánodos de grafito loscuales se consumen.

En el proceso de la electrolisis. La reacciones que ocurren en los electrodos son las siguientes:

2Al2O3(l) 4Al3+ + 6O2-

Ánodo 3 C(s) + 6O2- 3 CO2(g) + 12e-

Cátodo 4 Al3+ + 12e- 4 Al (s)

METALURGIA DEL ALUMINIO (4)

Electrometalurgia

criolita

Ya que el metal se concentra en la parte baja de la

cuba electrolítica, debido a que es mas denso que la

solución de criolita-alumina, el aluminio fundido se

descarga y se hacen lingotes

METALURGIA DEL ALUMINIO (5)METALURGIA DEL ALUMINIO (5)

ElectrometalurgiaElectrometalurgia

+

-

Al2O3 disuelto

En criolita

fundidaAluminio fundido

Recipiente de

Hierro con carbono

Ánodos de

grafito.

ELECTROMETALURGIA DEL ALUMINIO

Aluminio

fundido

Pirometalurgia vs Electrometalurgia

Metalurgia del CobreMetalurgia del Cobre

El Cu se obtiene principalmente de las calcopirita

CuFeS2, usando métodos pirometalurgicos,

mediante la siguiente reacción:

4CuFeS2(s) + 13 O2(g) 4CuO(s) + 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (1)PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (1)

La anterior reacción genera algunos problemas:

•Gasto energético muy alto, para producir la reacción

•Gran cantidad de escoria de Fe como óxido.

•Producción de SO2(g) que se descarga a la atmósfera

causando contaminación ambiental.

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (2)

Actualmente se pone en práctica un método

hidrometalurgico que evita la mayoría de

los problemas.

El método hidrometalurgico implica la oxidación

en medio acuoso de la calcopirita CuFeS2,

después de que ha sido concentrada por flotación.

PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (3)

El mineral finamente dividido se suspende en una

solución acuosa de ácido sulfúrico en presencia de

oxígeno, donde tiene lugar la oxidación de la

calcopirita, según la siguiente ecuación:

2CuFeS2(s) + 2H+(ac) + 4O2(g) 2Cu2+(ac) + SO4

2-(ac) + Fe2O3(s) + 3S(s) + H2O(l)

PIROMETALURGIA VS PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA(4)HIDROMETALURGIA(4)

La solución resultante se sujeta a una

electrólisis para obtener cobre metálico, la

solución remanente es ácido sulfúrico el

cual se vuelve a reciclar al sistema.

PIROMETALURGIA VS PIROMETALURGIA VS HIDROMETALURGIA (5)HIDROMETALURGIA (5)

ELECTROMETALURGIA DEL COBRE (1)

En general el Cu en bruto que se obtiene de CuFeS2

o de Cu2S mediante procesos pirometalurgicos no

esta lo suficientemente puro para sus aplicaciones

como conductor eléctrico.

La refinación del cobre se hace mediante

electrólisis Los ánodos son de cobre bruto y

los cátodos son de cobre puro, la solución

electrolítica es sulfato de cobre CuSO4(ac).

Al conectar la celda a un voltaje, el cobre del ánodo

se oxida y El Cu2+ de la solución se reduce en el

catodo.

Anodo Cu0(s) Cu2+(ac) + 2e-

Cátodo Cu2+(ac) + 2e- Cu0(s)

ELECTROMETALURGIA DEL COBRE (1)

Cu impuro

Solución

Cu puro

Cátodo(-)

Ánodo(+)

ELECTROMETALURGÍA DEL COBRE

Proceso Electrometalurgico

Metalurgia del Sodio

ELECTROMETALURGIA DEL SODIO

Se emplea la electrolisis del cloruro de sodio fundido.

El medio electrolitico donde fluye la corriente

electrica es el cloruro de sodio fundido, el

cual se ioniza como se muestra a continuación:

NaCl (l) Na1+(solv) + Cl1- (solv)

Para disminuir el punto de fusión del medio se agrega

CaCl2 (de 804°C disminuye a 600°C)

Se evita el contacto del Cl2 y el Na, también no

se permite el O2

Las reacciones en los electrodos son;

Ánodo 2Cl1- (solv) – 2e- 2Cl0(solv) Cl2(g)

Cátodo 2Na1+(solv) + 2e- 2Na(l)

ELECTROMETALURGIA DEL SODIO

+- -

Cloruro de sodiofundido

Ánodo de

grafito

Entrada para vaciarCloruro de sodio

Pantalla de hierro para Evitar la combinaciónde Na y Cl2 Salida de

Na Fundido

Salida de cloro gas

2Cl- -2e Cl2

Cátodo deacero

2Na+ + 2 e 2Na0

ELECTROMETALURGIA DEL SODIO