1.1 Els orígens de la metal·lúrgia
Desde finals del Neolític l'or la plata i el coure
(trobat a la natura en estat pur) van començar a ser utilitzats. Primer copejant-los, fins a deixar-los plans com una làmina.
Amb el perfeccionament de les tècniques es van començar a fondre en
forns i buidar-los en motlles (eneòlitic). Tot això va permetre fabricar millors eines i en major quantitat. Més
tard es va experimentar amb aliatges com el de l'estany, que va donar lloc
al bronze. El coure natiu no era abundant i això va portar a explotar
minerals de coure cada cop més pobres, la utilització de l'escalfament per extreure
el coure per fusió probablement va portar al descobriment de la transformació
del mineral en metall per reducció i a l'aparició del forn baix vers el 1200
aC.
El procés d'adquisició dels
coneixements metal·lúrgics va ser diferent en les diferents parts del món, sent
les evidències més antigues de fosa del coure del VI mil·lenni a. de C., en
Anatolia i el Kurdistan.
A Amèrica no hi ha constància
fins al primer mil·lenni a.C. i a Àfrica el primer metall que es va aconseguir
fondre va ser el ferro, durant el II mil·lenni a.C
El ferro va començar a ser
treballat en Anatolia cap al tercer mil·lenni a. C. Aquest mineral es fon amb
elevades temperatures per aconseguir una alta maleabilitat i resistència.
Algunes tècniques emprades en
l'antiguitat van ser el model a la cera perduda, la soldadura o el temperat de
l'acer. Les primeres foses conegudes van començar a Xina al segle I a. C., però
no van arribar a Europa fins al segle XIII, quan van aparèixer els primers alts
forns.
L'utilització dels metalls es va
deure, inicialment, a la necessitat que tenia l'home d'utilitzar objectes de
prestigi i ostentació per passar a substituir les seves eines de pedra, os i
fusta per unes altres molt més resistents a la calor i al fred fetes en bronze
i ferro).
Els utensilis elaborats amb
metalls van ser molt variats:
-Armes, eines, atuells, adorns
personals, domèstics i religiosos.
El seu ús va repercutir, a
partir de la generalització del ferro, de diverses formes en la conformació de
la civilització humana:
- Es va intensificar la producció agropecuària.
- El treball es va especialitzar i va diversificar.
- Van augmentar els intercanvis.
- Es va institucionalitzar la guerra.
- En l'Edat Mitjana la metal·lúrgia estava molt lligada a les tècniques de purificació de metalls preciosos i l'encunyació de moneda.
1.2 Procés metal·lúrgic
De tots els materials utilitzats per l’ésser humà, uns dels més importants per al desenvolupament tecnològic han estat els metalls. La seva obtenció no ha estat mai un procés fàcil. Per poder obtenir els metalls, cal seguir un procés similar al següent:
• Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metall d’altres que l’acomanyen.
• Metal•lúrgia: separació del metall dels altres elements amb els quals es troba combinat químicament.
• Indústries metàliques: elaboració del metall obtingut per a l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal·lúrgia.
Actualment, també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
Els processos metal·lúrgics comprenen les següents fases:
- Obtenció del metall a partir del mineral que ho conté en estat natural, separant-ho de la part que no té cap utilitat, és a dir, la ganga
- L'afinat, enriquiment o purificació: eliminació de les impureses que queden en el metall per conseguir un nivell de puresa més elevat que fa que el metall sigui molt més útil.
- Elaboració de aleacions com l'acer, el bronce, etc.
- Altres tractaments del metall per facilitar el seu ús, com els tractaments tèrmics
Operacions bàsiques per a l'obtenció dels metalls
- Operacions físiques: triturat, mòlt, filtrat (a pressió o al buit), centrifugat, decantat, flotació, dissolució, destil·lació, assecat, precipitació física.
- Operacions químiques: torrat, oxidació, reducció, hidrometal·lúrgia, electròlisi, hidròlisi, lixiviació mediate reaccions àcid-base, precipitació química, electrodeposició i cianuració.
1.3 Materials resultants
Actualment la indústria desposa d’una gran varietat de productes metal·lúrgics amb propietats molt diverses.
De tots aquests materials, que poden se metalls purs o aliatges, els més utilitzats són els que es mencionen a la taula.
- El treball es va especialitzar i va diversificar.
- Van augmentar els intercanvis.
- Es va institucionalitzar la guerra.
- En l'Edat Mitjana la metal·lúrgia estava molt lligada a les tècniques de purificació de metalls preciosos i l'encunyació de moneda.
1.2 Procés metal·lúrgic
De tots els materials utilitzats per l’ésser humà, uns dels més importants per al desenvolupament tecnològic han estat els metalls. La seva obtenció no ha estat mai un procés fàcil. Per poder obtenir els metalls, cal seguir un procés similar al següent:
• Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metall d’altres que l’acomanyen.
• Metal•lúrgia: separació del metall dels altres elements amb els quals es troba combinat químicament.
• Indústries metàliques: elaboració del metall obtingut per a l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal·lúrgia.
Actualment, també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
Els processos metal·lúrgics comprenen les següents fases:
- Obtenció del metall a partir del mineral que ho conté en estat natural, separant-ho de la part que no té cap utilitat, és a dir, la ganga
- L'afinat, enriquiment o purificació: eliminació de les impureses que queden en el metall per conseguir un nivell de puresa més elevat que fa que el metall sigui molt més útil.
- Elaboració de aleacions com l'acer, el bronce, etc.
- Altres tractaments del metall per facilitar el seu ús, com els tractaments tèrmics
Operacions bàsiques per a l'obtenció dels metalls
- Operacions físiques: triturat, mòlt, filtrat (a pressió o al buit), centrifugat, decantat, flotació, dissolució, destil·lació, assecat, precipitació física.
- Operacions químiques: torrat, oxidació, reducció, hidrometal·lúrgia, electròlisi, hidròlisi, lixiviació mediate reaccions àcid-base, precipitació química, electrodeposició i cianuració.
1.3 Materials resultants
Actualment la indústria desposa d’una gran varietat de productes metal·lúrgics amb propietats molt diverses.
De tots aquests materials, que poden se metalls purs o aliatges, els més utilitzats són els que es mencionen a la taula.
1.4 Metal·lúrgia extractiva
Àrea de la metal·lúrgia on s’estudien i s’apliquen
operacions i procesos per al tractament de minerals o materials que contenguen
una especie útil (Or, plata, coure,…), depenent del producte que es vulgui
obtindre, es realitzaran un mètode o altre.
1.5 Pirometal·lúrgia
La pirometal·lúrgia és la branca de la metal·lúrgia i de la electrometal·lúrgia consistent en l'obtenció i refinació dels metalls utilitzant calor, com és en el cas de la fosa.
La pirometal·lurgia és la tècnica tradicional d'extracció de metalls. Permet obtenir metalls a partir dels seus minerals o dels seus concentrats per mitjà de la calor. Es tracta principalment d'extreure el metall del mineral, eliminar la ganga del mineral i purificar els metalls. Històricament, aquest procediment va ser el primer a aparèixer. Les operacions s'efectuen entre 950 i 1000°C.
Una gran quantitat de metalls tals com el ferro, níquel, estany, coure, or i plata són obtinguts des del mineral o el seu concentrat per mitjà de la pirometal·lúrgia.
La pirometal·lúrgia és utilitzada en major proporció perquè és un procés molt més ràpid, el seu desavantatge és ser altament contaminant per a l'ambient.
Avantatges:-Velocitats de reacció molt ràpides
-Producció elevada
-Grans instal·lacions
-Ideals per a tractament de matèries primeres complexes i heterogènies
Desavantatges:
-Poca selectivitat i eficiència de les reaccions quimiques
-De vegades és necessari repetir les etapes
-Problemes de contaminació ambiental per residus gasosos i per sorolls
-Consum energètic elevat
La pirometal·lúrgia es un procés que se sol aplicar a metalls com el ferro o el coure, en el video que posarem a continuació, ens explicaran el procés de la pirometalúrgia aplicat al coure:
1.6 Siderúrgia
Existeixen principalment dos mètodes de separació:
Imantació: consisteix a fer passar les roques per un cilindre imantat de manera que aquelles que continguin mineral de ferro s'adhereixin al cilindre i se separin de les altres roques. El seu inconvenient és que aquest procés resideix que la majoria de les reserves de minerals de ferro es troben en forma de hematita, la qual no és magnètica.
Separació per densitat: se submergeixen totes les roques en aigua, la qual té una densitat intermèdia entre la ganga i el mineral de ferro.
L'inconvenient d'aquest mètode és que el mineral s'humiteja sent això perjudicial en el procés siderúrgic.
Una vegada realitzada la separació, el mineral de ferro és portat a la planta siderúrgica on serà processat per convertir-ho primerament en arrabio i posteriorment en acer.
Òxids - hematita (Fe2O3) i la magnetita (Fe3O4).
1.7 Alts forns
Un alt forn és un forn especial en el qual tenen lloc la fusió dels
minerals de ferro i la transformació química en un metall ric en ferro
anomenat arrabio. Està constituït per dos troncs en forma de con units per
les seves bases majors. Mesura de 20 a 30 metres d'alt i de 4 a 9 metres de
diàmetre; la seva capacitat de producció pot variar entre 500 i 1500 tones
diàries.
Els productes obtinguts a l'alt forn, són:
- Fums i gasos residuals.- Es produeixen com a conseqüència de la combustió del
coc i dels gasos produïts en la reducció química del mineral de ferro que, en
un elevat percentatge, es recullen en un col·lector situat en la part superior de l'alt
forn. Aquests gasos són, principalment, diòxid de carboni, monòxid de carboni i
òxids de sofre.
- Escòria.- És un residu metal·lúrgic que de vegades adquireix la categoria de subproducte,
ja que es pot utilitzar com a material de construcció, blocs o com a aïllant de la humitat
i en la fabricació de ciment i vidre. L'escòria, com es va comentar anteriorment, es recull per la part inferior de l'alt forn per la piquera d'escòria.
- Fosa, ferro colat o arrabio.- És el producte pròpiament aprofitable de l'alt
forn i està constituït per ferro amb un contingut en carboni que varia entre el
2% i el 5%. Es presenta en estat líquid a 1800 ºC. En ocasions, a aquest metall se li
denomina ferro de primera fusió.
Aquest video ens explica quins materials són utilitzats en els alts forns, el seu funcionament...
Els objectius principals de la metal·lúrgia extractiva són:
- Utilitzar processos i operacions simples
- Intentar obtenir la major eficencia possible
- Obtindre altes recuperacions
- Intentar no causar greus danys al medi ambient
1.5 Pirometal·lúrgia
La pirometal·lúrgia és la branca de la metal·lúrgia i de la electrometal·lúrgia consistent en l'obtenció i refinació dels metalls utilitzant calor, com és en el cas de la fosa.
La pirometal·lurgia és la tècnica tradicional d'extracció de metalls. Permet obtenir metalls a partir dels seus minerals o dels seus concentrats per mitjà de la calor. Es tracta principalment d'extreure el metall del mineral, eliminar la ganga del mineral i purificar els metalls. Històricament, aquest procediment va ser el primer a aparèixer. Les operacions s'efectuen entre 950 i 1000°C.
Una gran quantitat de metalls tals com el ferro, níquel, estany, coure, or i plata són obtinguts des del mineral o el seu concentrat per mitjà de la pirometal·lúrgia.
La pirometal·lúrgia és utilitzada en major proporció perquè és un procés molt més ràpid, el seu desavantatge és ser altament contaminant per a l'ambient.
Avantatges:-Velocitats de reacció molt ràpides
-Producció elevada
-Grans instal·lacions
-Ideals per a tractament de matèries primeres complexes i heterogènies
Desavantatges:
-Poca selectivitat i eficiència de les reaccions quimiques
-De vegades és necessari repetir les etapes
-Problemes de contaminació ambiental per residus gasosos i per sorolls
-Consum energètic elevat
La pirometal·lúrgia es un procés que se sol aplicar a metalls com el ferro o el coure, en el video que posarem a continuació, ens explicaran el procés de la pirometalúrgia aplicat al coure:
1.6 Siderúrgia
La siderúrgia es basa en la
la tècnica del tractament del mineral de ferro per obtenir diferents tipus d'aquest o de les seves
aleacions.
El procés de transformació del mineral de ferro comença des de la seva extracció en les mines. El ferro és un mineral que es troba present en la naturalesa en forma d'òxids, hidròxids, carbonats, silicats i sulfurs. Els més utilitzats per la siderúrgia són els òxids, hidròxids i carbonats, que s'utilitzen més que no pas els silicats o els sulfurs.
Els processos bàsics de transformació del ferro són els següents:
Hidròxids es transformen en Limonita
Carbonats es transformen en Siderita o carbonat de ferro (FeCO3)
Un mineral és mena d'un metall que mitjançant mineria és possible extreure aquest mineral d'un jaciment. Més tard, mitjançant la metal·lúrgia s'obté el metall d'aquest mineral.
Associat al concepte de mena està el de ganga, sent aquesta el conjunt d'acompanyants indesitjables (no serveixen per dur a terme cap procés siderúrgic útil) que es troba en la roca explotada al costat de la mena. La ganga fa que la llei del metall (la puresa del metall) disminueixi, per la qual cosa és necessari separar-la de la mena, com a primera etapa en la concentració.
Les menes solen ser òxids, sulfurs o silicats
El procés de transformació del mineral de ferro comença des de la seva extracció en les mines. El ferro és un mineral que es troba present en la naturalesa en forma d'òxids, hidròxids, carbonats, silicats i sulfurs. Els més utilitzats per la siderúrgia són els òxids, hidròxids i carbonats, que s'utilitzen més que no pas els silicats o els sulfurs.
Els processos bàsics de transformació del ferro són els següents:
Hidròxids es transformen en Limonita
Carbonats es transformen en Siderita o carbonat de ferro (FeCO3)
Un mineral és mena d'un metall que mitjançant mineria és possible extreure aquest mineral d'un jaciment. Més tard, mitjançant la metal·lúrgia s'obté el metall d'aquest mineral.
Associat al concepte de mena està el de ganga, sent aquesta el conjunt d'acompanyants indesitjables (no serveixen per dur a terme cap procés siderúrgic útil) que es troba en la roca explotada al costat de la mena. La ganga fa que la llei del metall (la puresa del metall) disminueixi, per la qual cosa és necessari separar-la de la mena, com a primera etapa en la concentració.
Les menes solen ser òxids, sulfurs o silicats
Existeixen principalment dos mètodes de separació:
Imantació: consisteix a fer passar les roques per un cilindre imantat de manera que aquelles que continguin mineral de ferro s'adhereixin al cilindre i se separin de les altres roques. El seu inconvenient és que aquest procés resideix que la majoria de les reserves de minerals de ferro es troben en forma de hematita, la qual no és magnètica.
Separació per densitat: se submergeixen totes les roques en aigua, la qual té una densitat intermèdia entre la ganga i el mineral de ferro.
L'inconvenient d'aquest mètode és que el mineral s'humiteja sent això perjudicial en el procés siderúrgic.
Una vegada realitzada la separació, el mineral de ferro és portat a la planta siderúrgica on serà processat per convertir-ho primerament en arrabio i posteriorment en acer.
Òxids - hematita (Fe2O3) i la magnetita (Fe3O4).
Un alt forn és un forn especial en el qual tenen lloc la fusió dels
minerals de ferro i la transformació química en un metall ric en ferro
anomenat arrabio. Està constituït per dos troncs en forma de con units per
les seves bases majors. Mesura de 20 a 30 metres d'alt i de 4 a 9 metres de
diàmetre; la seva capacitat de producció pot variar entre 500 i 1500 tones
diàries.
Els productes obtinguts a l'alt forn, són:
- Fums i gasos residuals.- Es produeixen com a conseqüència de la combustió del
coc i dels gasos produïts en la reducció química del mineral de ferro que, en
un elevat percentatge, es recullen en un col·lector situat en la part superior de l'alt
forn. Aquests gasos són, principalment, diòxid de carboni, monòxid de carboni i
òxids de sofre.
- Escòria.- És un residu metal·lúrgic que de vegades adquireix la categoria de subproducte,
ja que es pot utilitzar com a material de construcció, blocs o com a aïllant de la humitat
i en la fabricació de ciment i vidre. L'escòria, com es va comentar anteriorment, es recull per la part inferior de l'alt forn per la piquera d'escòria.
- Fosa, ferro colat o arrabio.- És el producte pròpiament aprofitable de l'alt
forn i està constituït per ferro amb un contingut en carboni que varia entre el
2% i el 5%. Es presenta en estat líquid a 1800 ºC. En ocasions, a aquest metall se li
denomina ferro de primera fusió.
Aquest video ens explica quins materials són utilitzats en els alts forns, el seu funcionament...
No hay comentarios:
Publicar un comentario