metales

Química
Procesos Químicos: Ganga y arrabio. Métodos de refinado. Proceso de crisol abierto. Proceso básico de oxígeno. Horno eléctrico. Estructura. Tratamiento térmico del acero
Metalurgia
Metalurgia: obtención de metales a partir del mineral.
Ganga: mineral sin valor industrial que acompaña al metal.
Minerales
Hematita ⇒Fe2O3
Limonita ⇒ Fe2O3 + 3.H2O
Magnetita⇒ Fe2O3.FeO
Siderita ⇒FeCO3
Pirita ⇒ FeS
Métodos de preparación del mineral
• Métodos mecánicos
(concentra el mineral)
Trituración, molienda, pulverizado
Tamización
Levigación (oro)
Flotación (sulfuros)
• Métodos Químicos
(mineral concentrado)
Tostación
Calcinación
Reducción
⇒ de sulfuro a óxido con corriente de aire
⇒ de CO3= a óxido en ausencia de aire
⇒ óxidos + C = CO2 + metal
• Electrometalúrgicos(mineral concentrado)
Electrólisis
Húmeda (Na)
Seca (Na, K, Mg, Al)
Electrotérmicos
Hornos de arco voltáico 2800 - 3000°C es una reducción

Producción de arrabio
Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y fundente (caliza).
Siderurgia
• Se utiliza principalmente Fe2O3 (hematita)
• Fundente
Si ganga ácida SiO2 ⇒ fundente básico Al2O3, MgO, CaOSi ganga básica MgO, CaO ⇒ fundente ácido SiO2
Si ganga neutra ⇒ fundente neutro CrO
• Coque ⇒ combustible y reductor
• Aire insuflado desde abajo hacia arriba
El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de unalto horno es:
Reacciones:
Parte baja
C↓ + O2↑ ⇒ CO2↑
Fe2O3↓ + C↓ ⇒ 2.Fe↓ + 3.CO↑
Fe↓ + C↓ ⇒ FSiO2↓ + CaO↓ ⇒ CaSiO3↓(escoria) Fe3C↓ (cementita)

Parte alta
C↓ + CO2↑ ⇒2.CO↑
Fe2O3↓ + 3.CO↑ ⇒2.Fe↓ + 3.CO2↑
El revestimiento del alto horno puede ser ácido o básico, dependiendo de la ganga.
La escoria flota sobre el metal fundido.
Sentido de avance
↓ Mineral + coque + fundente
↑ Airecaliente + CO2 + CO
Fundente: mineral que neutraliza la ganga, dando escoria que debe tener bajo punto de fusión y densidad menor que el metal fundido . El fundente de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicatocálcico (escoria), cuyo punto de fusión es menor. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. La escoria flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno (superior del crisol).
El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso,del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.
Arrabio
Fundición gris ⇒ enfriamiento lento, puede maquinarse, contiene carbono libre
Fundición blanca ⇒ enfriamiento rápido, no puede maquinarse, contiene cementita
Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. Eldiámetro 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 aperturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio fundido cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima deese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, 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 la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben...