ind metalurgica
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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