Unidad 1 - Minerales y tratamientos térmicos

Universidad Nacional de Cuyo

Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria

Alumno: Cristian González

Legajo N° 3149

Industrias mineras de base metálica - 2010 Página 1

Metalurgia Extractiva

Unidad N° 1 “Introducción”

Contenido Minerales ................................................................................................................................. 2

Definición.............................................................................................................................. 2

Composición química ............................................................................................................ 2

Criterios económicos de usos ................................................................................................ 2

Preparación de los minerales ................................................................................................... 3

Generalidades ....................................................................................................................... 3

Tratamiento térmico de los minerales ................................................................................... 4

Secado .............................................................................................................................. 4

Calcinación ........................................................................................................................ 6

Tostación .......................................................................................................................... 6

Aglomeración .................................................................................................................. 10

Fusión ............................................................................................................................. 12

Refinación ....................................................................................................................... 16

Métodos Generales de Elaboración de los Metales ................................................................ 17

Generalidades ..................................................................................................................... 17

Tratamiento de los minerales nativos .................................................................................. 17

Tratamiento de óxidos y carbonatos ................................................................................... 17

Tratamiento de los minerales sulfurados ............................................................................. 18

Tratamiento de silicatos ...................................................................................................... 19

Refinación de los metales brutos ......................................................................................... 19

Bibliografía ............................................................................................................................. 20




Legajo N° 3149


Minerales

Definición

Se llama minerales a aquellos materiales del suelo o el subsuelo que sirven para preparar

ciertos metales.

1) Los metales en estado nativo, es decir en estado metálico y más o menos puros, son muy

raros. Los metales que existen en forma nativa son: el oro, el cobre, la plata y el mercurio.

2) Lo más frecuente es encontrar el metal combinado con oxígeno, azufre, silicio, arsénico,

etc. La propia combinación metálica está mezclada con impurezas que forma la ganga o

estéril.

La mezcla de la combinación metálica y la ganga es la mena, y propiamente el mineral

es la combinación metálica útil. En la práctica esta distinción no se tiene en cuenta y se

llama mineral a la mena sin diferenciar ambos conceptos.

3) Se llaman minerales artificiales, a los subproductos de algunas industrias.

Composición química

1) La combinación metálica puede ser sencilla: óxidos anhídros o hidratados, carbonatos y

sulfuros.

a. Como óxidos anhídros se encuentran: la magnetita (Fe3O4), la hematites roja (Fe2O3), la

casiterita (SnO2), la pirolusita (MgO2)

b. Entre los óxidos hidratados tenemos: la hematites parda (2Fe2O3 . 3H2O) y la bauxita

(Al2O3 . H2O)

c. Como carbonatos se presentan: la siderosa (FeCO3), la magnesita (MgCO3), la calamina

(ZnCO3), la whiterita (BaCO3)

d. Al estado de sulfuros tenemos: la pirita de hierro (FeS2), la blenda (ZnS), la galena (PbS),

el cinabrio (HgS), la argirosa (Ag2S)

2) El compuesto metálico se presenta a veces en formas más complicadas, resultando más

difícil la extracción del metal. Por ejemplo la pirita de cobre o calcopirita que es un sulfuro

doble de hierro y cobre (Cu2S . Fe2S3)

Criterios económicos de usos

El valor de un mineral depende:

1) De la cotización del metal

2) Del contenido en metal. El contenido mínimo que permite utilizar un mineral varía con el

metal. Por ejemplo, es del 20% para el hierro, 6% para el níquel, 1% para el cobre, y

0,0005% para el oro.

3) De la naturaleza de la ganga y en particular de la presencia de elementos útiles o

perjudiciales. Así, se buscan los minerales de hierro con ganga caliza que contenga




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manganeso y estén exentos de arsénico. La presencia de arsénico y azufre produce

complicaciones en el tratamiento metalúrgico

4) Del perfeccionamiento y simplicidad del tratamiento metalúrgico. En tiempos pasados no se

podía extraer el hierro de los materiales fosforosos, actualmente el 95% de la producción

francesa proviene de minerales de este tipo. Hace 50 años no se consideraba la bauxita

como mineral de aluminio, y hoy se emplean como minerales de aluminio incluso las

arcillas, que son silicatos de aluminio más o menos puro.

Preparación de los minerales

Generalidades

1) Antes de comenzar el proceso metalúrgico propiamente dicho, se somete el mineral a un

tratamiento mecánico que tiene por fin concentrar la parte metálica y eliminar los

elementos perjudiciales (ver Mineralogía y su Beneficio)

2) Estas operaciones se completan a veces por un tratamiento térmico (tostación o fusión) que

producen en el mineral cambios químicos, los cuales dan lugar a un producto intermedio

entre el mineral y el metal y facilitan la extracción.

Una vez realizado el tratamiento mecánico de los minerales, parte de la roca se desecha como

material sin valor, mientras que el concentrado del compuesto mineral va al proceso de extracción

para producir el metal, ya sea por tratamiento pirometalúrgico o hidrometalúrgico.

La pirometalurgia incluye operaciones en las que se aplican tratamientos en hornos a

temperaturas elevadas.

Los procesos pirometalúrgicos se agrupan generalmente dentro de las siguientes categorías:

• Secado

• Calcinación

• Tostación

• Fusión

• Refinación (O Afino)

La extracción hidrometalurgica es la lixiviación con un agente químico acuoso.

Por lo general está dividida en tres áreas:

• Lixiviación

• Concentrado y purificación de la solución

• Recuperación del metal




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Tratamiento térmico de los minerales

A veces se somete el mineral, ya concentrado, a la acción del calor para producir una

modificación química. Se obtiene así un producto intermedio más fácil de tratar posteriormente.

Hay 2 tipos fundamentales de operaciones: la calcinación en horno de cuba para mineral en

briquetas o en trozos grandes, y la tostación en hornos de soleas, sobre las que se extiende el

mineral fino en capas delgadas.

Secado

El secado térmico es la eliminación de la humedad del líquido (no ligada químicamente) de un

material. El secado se realiza normalmente mediante el contacto de los sólidos húmedos con los

gases calientes de la combustión generados por la quema de combustibles fósiles. En algunos

casos, el calor para el secado puede ser proporcionado por aire caliente o un gas inerte que se ha

calentado indirectamente. La cantidad de calor necesaria para una determinada operación de

secado se corresponde con el calor necesario para evaporar la humedad líquida, el calor necesario

para elevar la temperatura de los productos (sólidos secos y vapor de agua) a la temperatura de

secado final, y el calor necesario para compensar las pérdidas de calor radiante.

Por lo general, la temperatura de secado se fija en un valor nominal por encima del punto de

ebullición del agua, a menudo cerca de 120 ° C. En casos especiales, como en el secado de ciertas

sales solubles en agua, es necesario un aumento de temperaturas de secado. En el secado por

sales, la humedad de alimentación está saturada de sales disueltas, lo que altera el punto de

ebullición y requiere altas temperaturas de secado.

El secado de los sólidos húmedos se lleva a cabo en varios tipos de secadores industriales,

incluyendo secadores rotatorios, secadores de lecho fluidizado, y secador flash.

Otro tipo de secado, llamado secado spray, se lleva a cabo cuando el material a secar se

disuelve completamente en disolución acuosa. La solución se pulveriza (generalmente a través de

una boquilla especialmente diseñada) en una cámara climatizada y mientras que el agua se

evapora, los sólidos cristalizan. El vapor de agua se agotada del secador, y los sólidos se recogen

en seco, por lo general en una sección cónica del secador. El material sólido producido a partir de

un secador spray a menudo tiene tamaños partícula especiales y formas características, que puede

ser controlada por la concentración de material disuelto en la solución, y el diseño de la boquilla

de atomización.




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Industrias mineras de base metálica

Calcinación

La calcinación se aplica al carbonato de hierro, que se calienta en un horno de cuba en

presencia de un exceso de oxígeno.

El mineral y el combustible (10kg de carbón por tonelada de mineral) se cargan por el

El aire se sopla en la base a través de toberas, regularmente repartidas, y el producto que se

extrae por la base se envía al alto horno.

La calcinación oxidante transforma el carbonato en trióxido de hierro

Un horno de 100m3 de capacidad produce 60tn de material calcinado en 24hs.

Tostación

La tostación es una operación metalúrgica que se aplica a los sulfuros, aprovechándose el

dióxido de azufre para obtener ácido sulfúrico.

La tostación puede conducirse de varias maneras:



Cristian González

Industrias mineras de base metálica - 2010


esencia de un exceso de oxígeno.

El mineral y el combustible (10kg de carbón por tonelada de mineral) se cargan por el


extrae por la base se envía al alto horno.

e transforma el carbonato en trióxido de hierro

�� 12

� 2��

de capacidad produce 60tn de material calcinado en 24hs.


ióxido de azufre para obtener ácido sulfúrico.

La tostación puede conducirse de varias maneras:

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El mineral y el combustible (10kg de carbón por tonelada de mineral) se cargan por el tragante.


de capacidad produce 60tn de material calcinado en 24hs.





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1) La tostación a muerte quema completamente el azufre. Se practica con los sulfuros de

hierro, zinc, y plomo.

4�� 11� 8 � + 2 ��

2�� + 3� 2 � + 2 ��

2�� + 3� 2 � + 2 ��

Los óxidos se envían al aparato metalúrgico.

2) La tostación sulfurante y clorurante se realiza tostando una mezcla de mineral y sal

común; el metal pasa primero a sulfato y luego a cloruro soluble.

Se realiza con el sulfuro de plata, en la primera parte de la tostación se transforma el sulfuro en

sulfato

2�� + 4� 2��

En presencia de cloruro de sodio pasa el metal a cloruro soluble en sulfato de sodio.

2�� + �� 2�� + ��

Una reacción análoga con sulfuro de cobre da el cloruro soluble en agua.

3) La tostación aglomerante no pretende escencialmente una transformación química, sino

una fusión parcial que permita la aglomeración de los finos, que se convierten en tortas

semifundidas muy porosas que facilitan el tratamiento posterior. La sinterización de los finos del

mineral de hierro es una operación de este tipo que tiene gran interés siderúrgico.

Aparatos para la tostación

Los aparatos utilizados en la tostación dependen del tipo de azufre.

1) Si el contenido de azufre es grande (pirita de hierro FeS2, que si es pura contiene el 53% de

S), la combustión prosigue por si sola una vez iniciada. Se dice que el mineral es autocombustible.

2) Cuando el contenido de azufre es menor (la blenda, ZnS, contiene pura el 33%), no basta el

calor desprendido en la combustión para mantener la tostación, y el mineral no es

autocombustible.




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Existen así 2 tipos de hornos:

Horno Wedge para mineral autocombustible

El horno es cilíndrico y suele tener unos 9m de altura y 7m de diámetro. Consta de varias

soleras superpuestas. El mineral se carga por la parte superior, y un árbol hueco, provisto de

rastrillos, remueve el mineral y lo hace pasar de una solera a la siguiente por aberturas si

alternativamente en la periferia y cerca del eje.

El árbol central y los rastrillos están refrigerados por circulación de agua.

Horno Edwards para minerales no autocombustibles.

Es un horno de reverbero, cuya solera, inclinada para facilitar la sa

hasta 90m de longitud. La solera es calentada por un hogar principal y otros laterales (

pulverizado, mazout, etc). Puertas laterales permiten regular el acceso de aire.

La bóveda del horno está atravesada por una serie

rables. Son huecos y se refrigeran con agua; giran continuamente removiendo al mineral y

haciéndolo descender a lo largo de la pendiente del horno. El rable reparte los finos sobre la

periferia 1; ligeramente desfasado respecto a R1, recoge una parte de los finos y los reparte en la

trayectoria 2, etc. Los finos bajan por la solera en dirección al hogar.



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Existen así 2 tipos de hornos:

Horno Wedge para mineral autocombustible (de hogar múltiple)

o y suele tener unos 9m de altura y 7m de diámetro. Consta de varias


rastrillos, remueve el mineral y lo hace pasar de una solera a la siguiente por aberturas si

alternativamente en la periferia y cerca del eje.

El árbol central y los rastrillos están refrigerados por circulación de agua.

Horno Edwards para minerales no autocombustibles.

Es un horno de reverbero, cuya solera, inclinada para facilitar la salida del mineral, pu

. La solera es calentada por un hogar principal y otros laterales (


La bóveda del horno está atravesada por una serie de arboles verticales provistos de rastrillos o



desfasado respecto a R1, recoge una parte de los finos y los reparte en la

trayectoria 2, etc. Los finos bajan por la solera en dirección al hogar.

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o y suele tener unos 9m de altura y 7m de diámetro. Consta de varias


rastrillos, remueve el mineral y lo hace pasar de una solera a la siguiente por aberturas situadas

lida del mineral, puede tener

. La solera es calentada por un hogar principal y otros laterales (carbón


de arboles verticales provistos de rastrillos o



desfasado respecto a R1, recoge una parte de los finos y los reparte en la




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Tostador de lecho fluido

Este tipo de tostador reemplazó al horno wedge para mineral autocombustible debi

tiene una capacidad equivalente a 8 veces respecto a este último para la misma área de hogar.

El horno está formado por un casco de acero cilíndrico recubierto de ladrillo y cerrado en el

fondo por una rejilla. Desde una cada de viento situada aba

volumen suficiente y se distribuye uniformemente por la rejilla para mantener en suspensión las

partículas sólidas de la alimentació

superficies.

En forma continua se alimenta una pulpa, una suspensión de sólidos en agua, del material que

habrá de tostarse, manteniendo el tamaño máximo de partícula a alrededor de ¼ de pulgada

(6,3mm), la cual pasa a través de un tubo descendente hasta la capa turbulenta del

Dicha capa turbulenta con sus partículas sólidas en suspensión tiene las características de un

fluido. Si el material de alimentación tiene tamaños y densidades mezclados, las partículas más

pequeñas y más ligeras ascienden a la parte superior de

grandes y pesadas se juntan en la parte inferior.

Parte de los calcinados tostados salen por un tubo de derrame para descarga lateral, y otra

parte es arrastrada por los gases de escape, de los cuales se recupera c

un sistema de depuración de gases. Mediante serpentines de enfriamiento se remueve el exceso

de calor de reacción de la capa turbulenta, y en casi todos los casos se aprovecha este calor para la



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Este tipo de tostador reemplazó al horno wedge para mineral autocombustible debi



fondo por una rejilla. Desde una cada de viento situada abajo de la rejilla se inyecta aire en


sólidas de la alimentación y dar un excelente contacto entre gas y sólido en todas las

continua se alimenta una pulpa, una suspensión de sólidos en agua, del material que


, la cual pasa a través de un tubo descendente hasta la capa turbulenta del



pequeñas y más ligeras ascienden a la parte superior de la capa turbulenta, mientras que las más

grandes y pesadas se juntan en la parte inferior.


parte es arrastrada por los gases de escape, de los cuales se recupera como polvo de chimenea en



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Este tipo de tostador reemplazó al horno wedge para mineral autocombustible debido a que



de la rejilla se inyecta aire en


n y dar un excelente contacto entre gas y sólido en todas las

continua se alimenta una pulpa, una suspensión de sólidos en agua, del material que


, la cual pasa a través de un tubo descendente hasta la capa turbulenta del tostador.



la capa turbulenta, mientras que las más


omo polvo de chimenea en






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producción de vapor de agua, estando

caldera de recuperación.

La reacción oxidante es autógena, y la alta turbulencia de la suspensión y el excelente contacto

resultante entre gas y sólido, así como el intercambio de calor explican el m

reacción del proceso, y su alta capacidad consecuente. Esta capacidad es del orden de 2tn cortas

de material piritoso alimentado por día y por pie cuadrado (0,09m

de dióxido de azufre del gas del tos

Aglomeración

Con los tratamientos mecánicos se consigue un mineral molido y concentrado, y con los

tratamientos térmicos se produce la transformación química necesaria.

Sin embargo, en los aparatos metalúrgicos no se puede introducir

porque perturbarían la circulación de los gases reductores. Es necesario aglomerar el mineral con

o sin un aglutinante, bien formado briquetas o nódulos y sometiéndolos a una tostación

aglomerante o bien por una simple tostac

Las briquetas sin aglutinante se hacen en el caso de minerales arcillosos de hierro; los finos se

llevan cerca del punto de ablandamiento (250°C para la magnetita, 150°C para la hematites roja).

La nodulación consiste en formar en húmedo bolas de hierro, que luego se cuecen para darles

consistencia. La sinterización se realiza cargando en las pailas capas de mineral y de coque; la

combustión del último produce un filtrado de los finos, y resultan bloq

en el alto horno.

La aglomeración con aglutinante suele emplearse para minerales no férreos y añadiendo el

aglutinante en proporciones del 3 al 5%.



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producción de vapor de agua, estando conectado el sistema de enfriamiento del tostador a una


resultante entre gas y sólido, así como el intercambio de calor explican el muy elevado régimen de


de material piritoso alimentado por día y por pie cuadrado (0,09m2) de área de rejilla. El contenido

de dióxido de azufre del gas del tostador es de 9 a 12%.


tratamientos térmicos se produce la transformación química necesaria.

Sin embargo, en los aparatos metalúrgicos no se puede introducir el mineral en forma de finos,



aglomerante o bien por una simple tostación como en la sinterización de los minerales de hierro.



odulación consiste en formar en húmedo bolas de hierro, que luego se cuecen para darles


combustión del último produce un filtrado de los finos, y resultan bloques muy aptos para cargar


aglutinante en proporciones del 3 al 5%.

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conectado el sistema de enfriamiento del tostador a una


uy elevado régimen de


) de área de rejilla. El contenido


el mineral en forma de finos,



ión como en la sinterización de los minerales de hierro.



odulación consiste en formar en húmedo bolas de hierro, que luego se cuecen para darles


ues muy aptos para cargar





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Los desperdicios metálicos, tales como limalla y torneaduras, se aglomeran también antes de

enviarlos al aparato metalúrgico.

Tostador de Tiro (sinterización)

Se emplean para tostar y aglomerar simultáneamente la carga para fundirla en el horno de

cuba. Una máquina de sinterización está formada por secciones articuladas con fondo de rejilla,

armadas en forma de cadenas sin fin que se mueve sobre rodillos. Tiene una caja de succión

situada bajo las rejillas articuladas, y la velocidad de la cadena de secciones es ajustable.

La carga formada por un material fino de alimentación, generalmente de media pulgada de

diámetro o menor, o bien por pellets preformados de media pulgada, se humedece, se mezcla y se

alimenta en una capa de media pulgada de espesor sobre las secciones móviles antes de que

pasen por la caja de succión. Al pasar la sección sobre la caga de succión de viento, se encienden

los sulfuros que lleva la carga por medio de un quemador situado arriba. El proceso no requiere

combustible adicional, ya que la temperatura de reacción se mantiene por el calor que se produce

al oxidarse los sulfuros con el aire que se succiona a través de la carga.

La zona de tostación avanza hacia abajo a través de la carga que lleva cada sección articulada

de la máquina a medida que se mueven hacia adelante las secciones sobre la caja de viento

dividida en secciones, y la zona de combustión pasa gradualmente por todo el espesor de la capa,

desde arriba hasta abajo, antes de que el material tostado sea descargado de la máquina de

sinterización.

La torta de sinter se clasifica por tamaños pasando la porción gruesa en una dirección ara

convertirse en alimentación de hornos o retortas y regresándose los finos como alimentación de

retorno para la máquina de sinterización.

La máquina que se acaba de describir es del tipo de “tiro descendente”, y tiene la caja de

viento de succión debajo de las rejillas de las secciones móviles. Existe un segundo tipo, la de “tiro

ascendente”, en ésta la caja de viento está arriba de la rejilla, succionando el aire hacia arriba a

través de la carga que llevan las secciones móviles.




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Fusión

La fusión es un proceso de concentración en el que una parte de las impurezas de la carga se

reúne formando un producto ligero de desecho llamado escoria, el cual puede separarse por

gravedad de la porción más pesada que contiene

deseados.

La carga que se alimenta a un horno de fusión está formada principalmente por sólidos,

aunque también puede cargarse en ciertas operaciones algo de material fundido. El calor

suministrado para fundir esta carga sólida puede provenir de combustible fósil, electricidad, o

bien, si se cargan sulfuros, del calor producido por la reacción exotérmica de oxidación. La carga

del horno debe fundirse para que sea posible la separación por gravedad de las capas d

metal, y también para facilitar la circulación y el contacto de los compuestos que reaccionan en el

seno de la carga.

Los componentes de la escoria estarán formados por los óxidos de la carga, tanto los que se

encuentran en forma natural en el

la tostación, como el Fe3O4. Ya que estos óxidos tienen altos puntos de fusión, de hecho más

elevados que los de los compuestos metálicos que contienen la carga, es necesario agregar

fundentes, siendo los más frecuentes el SiO

formen una escoria de menor punto de fusión.



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gravedad de la porción más pesada que contiene prácticamente todos los componentes metálicos



esta carga sólida puede provenir de combustible fósil, electricidad, o


del horno debe fundirse para que sea posible la separación por gravedad de las capas d



encuentran en forma natural en el mineral, como la sílice (SiO2) y los que se han oxidado durante

. Ya que estos óxidos tienen altos puntos de fusión, de hecho más


, siendo los más frecuentes el SiO2 o el CaO, para que se combinen con estos óxidos y

formen una escoria de menor punto de fusión.

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prácticamente todos los componentes metálicos



esta carga sólida puede provenir de combustible fósil, electricidad, o


del horno debe fundirse para que sea posible la separación por gravedad de las capas de escoria y



) y los que se han oxidado durante

. Ya que estos óxidos tienen altos puntos de fusión, de hecho más


o el CaO, para que se combinen con estos óxidos y




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Tipos de Fusión

Existen dos tipos principales de fusión:

• Fusión por reducción, que produce un metal fundido impuro y una escoria fundida por la

reacción de un óxido metálico con un agente reductor.

Los valores metálicos de la carga y los compuestos que forman la escoria están presentes como

óxidos. En el horno se provoca una condición reductora, mediante la cual estos valores metálicos,

que pueden reducirse más fácilmente a metales que los óxidos de la ganga, se reducen a un metal

impuro y dejan que en la ganga permanezcan los óxidos que formarán parte de la escoria.

Cualquier tipo de horno puede adaptarse a la fusión por reducción pero los que se emplean

más comúnmente son el alto horno y el horno eléctrico.

• Fusión de mata, que produce una mezcla fundida de sulfuros metálicos y escoria.

Es algo diferente a la fusión por reducción, ya que se forma la mata por la combinación de los

sulfuros líquidos de cobre, níquel, hierro, y cobalto en una solución homogénea. Los metales

preciosos presentes y las pequeñas cantidades de otros metales básicos se disuelven en la mata.

La porción restante de la carga, consistente en óxido de hierro, ganga y fundente sílice, se combina

para formar una escoria.

La fusión de mata se hace en una variedad de tipo de hornos, entre los que están el horno de

reverbero, el horno de cuba, el horno eléctrico, el horno de fusión instantánea, y lo más reciente,

el proceso de fusión continuo, formado por 3 hornos en serie: en el primero ocurre la fusión, el

segundo se usa para la limpieza de la escoria, y el tercero para la conversión a metal.

Veamos dos de los más importantes:

Horno de reverbero

El horno de reverbero es un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por una bóveda

de ladrillo refractario y con chimenea, que refleja (o reverbera) el calor producido en un sitio

independiente del hogar donde se hace la lumbre. Es utilizado para realizar la fusión del

concentrado de cobre y separar la escoria, así como para fundir metales de bajo punto de fusión

como el aluminio.

Es utilizado para realizar la fusión del concentrado de cobre y separar la escoria, así como para

la fundición de mineral y el refinado o la fusión de metales. Tales hornos se usan en la producción

de cobre, estaño y níquel, en la producción de ciertos hormigones y cementos y en el reciclado del

aluminio. Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición tanto de metales férreos como de

metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio.




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Alto Horno

El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el mineral de hierro. Un

alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada

con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro

de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado

aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de

varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el

coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o

vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para

retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un

par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el

mineral de hierro, el coque y la caliza. Una vez obtenido el acero líquido, se puede introducir en

distintos tipos de coladura para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de




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la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de

laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se obtienen lingotes.




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Refinación

Consiste en la purificación de un material impuro, en este caso, de un metal. Se debe distinguir

de otros procesos tales como la fusión y la calcinación en que estos dos involucran un cambio

químico en los materiales oxidados, mientras que en la refinación, el material final es por lo

general químicamente idéntico al original, solo que es más puro.




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Métodos Generales de Elaboración de los Metales

Generalidades

Los métodos de obtención de los metales brutos, es decir, cargados de impurezas se pueden

clasificar en dos grupos:

1) Métodos por vía seca, en los que los minerales se tratan por calcinación, tostación, fusión,

destilación, o por procedimientos electrometalúrgicos.

2) Métodos por vía húmeda para tratar los minerales pobres; el costo de operación no es

elevado. Se procede generalmente por disolución seguida de precipitación, electrólisis o

desplazamiento por otro metal.

Tratamiento de los minerales nativos

Si el mineral es rico se trabaja por fusión, una parte del metal se combina con la ganga para

formar la escoria, que se separa por densidad. Este es el caso de los minerales de cobre nativo.

En los metales preciosos (oro o plata) el contenido en metal es escaso; se emplea un disolvente

apropiado, como el cianuro de potasio, que no ataca la ganga. De esta forma se obtiene cianuro

doble de potasio y oro (o de plata) que se somete a la electrólisis

Tratamiento de óxidos y carbonatos

Estos dos tipos de minerales pueden considerarse como uno solo, porque la calcinación

transforma los carbonatos en óxidos. El tratamiento de los óxidos es la operación metalúrgica

fundamental; mediante ella se obtienen el arrabio, el estaño, el aluminio, el manganeso, el cromo,

etc.

1) Se realiza una fusión reductora por la que el reductor toma el oxígeno del compuesto

metálico, formándose 2 productos distintos:

a. Una escoria que contiene los elementos no reducidos de la ganga.

b. Un metal fundido o mata que contiene los elementos reducidos y que se somete a

un proceso de refinación para eliminar las impurezas.

La ecuación general de la fusión reductora se puede escribir así:

�� Ó"#$%&'()*(

� ��+,-./� 0 ��.�� 1,�+�+/ + �� + 0�

2) Para realizar una fusión reductora es necesario que en el aparato metalúrgico se alcance

una temperatura tal que el material fundido y la ganga se separen en estado líquido.

La ganga suele fundir con menos facilidad que el metal, por lo que es necesario añadir

fundentes, que disminuyen la temperatura de fusión:




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• cal, si la ganga es siliciosa;

• sílice, si la ganga es calcárea.

La combinación del fundente y la ganga forma la escoria y se puede escribir:

3) Como reductor se emplea principalmente el carbono, y en ocasiones el hidrógeno, fósforo

y aluminio:

a. Carbono: actúa directamente o por intermedio del monóxido de carbono formado

en combustión incompleta.

El monóxido de carbono es preferible al carbono, porque las reacciones se

producen a temperaturas más bajas, y atraviesa fácilmente los productos a tratar.

b. Hidrógeno: se utiliza para preparar el wolframio a partir de su óxido.

c. Fósforo: se emplea para desoxidar los bronces y los latones en forma de fosfuro de

cobre o estaño, ya que la reacción del fósforo es muy violenta.

d. Aluminio: se emplea en la aluminotermia para obtener metales como el hierro, el

cromo, el molibdeno, el titanio y el manganeso.

e. Sulfuros: un sulfuro no tostado puede emplearse como reductor.

4) Existen además métodos especiales:

• El aluminio se obtiene por electrólisis, 950°C, de alúmina disuelta en criolita.

• Los minerales pobres de óxidos de cobre se tratan con ácido sulfúrico. El cobre se

precipita de su solución con hierro o se obtiene por electrólisis del sulfato cúprico.

Tratamiento de los minerales sulfurados

Los sulfuros son los constituyentes principales de los minerales de cobre, níquel, zinc, plomo,

etc.

1) Si el mineral es puro, se lo tuesta a muerte y se trata como en el caso de un óxido. Se dice

que se opera por tostación y por reducción.

2) Se puede hacer actuar el sulfuro sobre el óxido parcialmente tostado; es el método de

tostación y reacción.

3) El método de tostación sulfatante, disolución y precipitación se aplica a los minerales de

cobre:

a. Tostación sulfatante: �, � 2� �, ��

b. Disolución del sulfato cúprico en agua

c. Precipitación del cobre por hierro: �, �� + �� + �,

El sulfato de cobre(II) se puede someter también a electrólisis

Ó2�+/ + 0 3�.�� 1,�+�+/ + 0�

�� + 1,�+��.� �4-/�� Mineral




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4) Por último, ciertos minerales de cobre y níquel que contienen mucho sulfuro de hierro

(FeS) se someten a una fusión de mata. La mata es un mineral intermedio, concentrado, en

el que el metal principal se encuentra todavía en estado de sulfuro.

Tratamiento de silicatos

1) Ciertos minerales de zinc se tratan con una base fuerte que descompone el silicato,

obteniéndose óxido:

�� 2��5 �� + 5� + ��

2) Algunos minerales de níquel se transforman en sulfuros por calentamiento con una mezcla

de carbón y sulfato de calcio

�� + �� + 3� �� + �� + 2�� + ��

Refinación de los metales brutos

El metal bruto es impuro; las impurezas son de distinta naturaleza: óxidos, sulfuros, carbono,

metales extraños, etc.

La eliminación de las impurezas perjudiciales para la calidad exigida al metal se realiza en el

curso de la refinación. A continuación se citan 4 métodos generales:

1) Fusión oxidante: El arrabio, que contiene 3%C, puede purificarse hasta contenidos muy

bajos soplando aire a través de él en estado líquido. Las otras impurezas, como el silicio y el

fósforo, desaparecen en forma de escorias, cuya formación se facilita por la adición de cal.

El azufre se elimina como dióxido de azufre (SO2).

2) Dilución: A un metal fundido impuro se añade una cierta cantidad de metal puro, con lo

que el contenido de impurezas disminuye.

3) Adiciones finales: El metal oxidado formado en el baño se reduce por adición de silicio,

aluminio, o ferroaleaciones. Dosificando bien las adiciones se consiguen no solo la

desoxidación, sino dar al metal final una composición determinada

4) Electrólisis: Es uno de los métodos más modernos que produce los metales más puros. El

metal bruto sirve de ánodo soluble; hay un transporte del metal por la electrólisis y se

obtiene en el cátodo el metal electrolítico. Este método se emplea en las metalurgias de

cobre, plomo, níquel, zinc, etc.




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Bibliografía

• Curso de metalurgia 7ma edición - L.Quevron, L. Oudine - Editorial Aguilar 1963

• Metalurgia extractiva no ferrosa – C.B. Gill – Noriega Editores 1989

• www.wikipedia.org

• Imágenes de google.com

Unidad 1 - Minerales y tratamientos térmicos

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