Procesos Metalúrgicos: Extracción y Refinado de Cobre, Bronce, Zinc, Plomo y Fundiciones

Procesos de Obtención y Refinado de Metales y Aleaciones

Cobre

El cobre se extrae principalmente de minerales que contienen más de un 10% de este metal. El proceso se describe a continuación:

1. Trituración y Molienda: El mineral de cobre se introduce en una trituradora y luego se pasa por un molino de bolas para pulverizarlo.
2. Separación de la Mena y la Ganga: El mineral pulverizado se introduce en un depósito con agua y se agita. La mena (parte rica en cobre), más pesada, se hunde, mientras que la ganga (material sin valor) flota y se retira.
3. Oxidación Parcial: El mineral concentrado se lleva a un horno donde se oxida parcialmente. El hierro se separa del cobre en una cinta transportadora metálica que se mueve mientras se calienta la mena.
4. Fusión en Horno Reverbero: El material se introduce en un horno reverbero donde se funde. Se añade fundente (sílice y sal) para que reaccione con el azufre y el óxido de hierro, formando escoria. El cobre resultante tiene una pureza de aproximadamente 40% (cobre bruto o blíster).
5. Refinado Electrolítico (opcional): Para obtener una pureza superior al 99.9%, se realiza un refinado electrolítico.

Propiedades y Usos del Cobre: El cobre es muy dúctil y maleable. Se utiliza en cables para instalaciones eléctricas y en tuberías para calefacción.

Bronce Ordinario

El bronce ordinario es una aleación de cobre y estaño (del 5 al 30%). Se utiliza en la fabricación de campanas y engranajes.

Zinc

El proceso de obtención del zinc por vía seca (para minerales con más del 10% de zinc) se detalla a continuación:

1. Trituración y Calcinación: La blenda y la calamina se trituran y calcinan para obtener óxido de zinc.
2. Reducción del Óxido de Zinc: El óxido de zinc se reduce en un horno de mufla. Se añade carbón, que al reaccionar con el oxígeno, produce dióxido de carbono (O₂) y deja zinc con una pureza del 98%.

Aleaciones de Zinc:

• Latones (Cu + Zn): Están sustituyendo al bronce en muchas aplicaciones.
• Alpaca (Cu + Ni + Zn): Se utiliza en joyería barata y estuches.
• Zamak (Al + Cu + Zn): Se emplea para obtener piezas de gran precisión y calidad superficial.

Plomo

El plomo es muy maleable y blando. Resiste los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el vapor de azufre y el ácido nítrico.

Fundiciones

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono. Se clasifican en:

• Fundición Ordinaria (Hierro y Carbono sin aleación):
  • Fundición Blanda: Dura y frágil. Se utiliza como materia prima para aleaciones maleables.
  • Fundición Gris: De color gris debido a que el carbono está en forma de grafito.
  • Fundición Atruchada: Intermedia entre la blanda y la gris.
• Fundición Especial:
  • Maleable de Corazón Blanco: Se moldea la pieza en fundición blanda, se recubre de hierro y se hornea a 1000°C durante 10 días.
  • Maleable de Corazón Negro: Se moldea en fundición blanda, se recubre de arena y se hornea a 900°C durante 6 días.
  • Maleable Perlítica: Fundición blanda recubierta de arena y horneada a 900°C durante 5 días.
  • Maleable de Grafito: Fundición gris con adición de cerio y magnesio.

Convertidor LD (Proceso de Afino del Acero)

El convertidor LD es uno de los hornos más empleados en el afino del acero. Utiliza arrabio líquido, pequeñas cantidades de chatarra, fundente (cal) y ferroaleaciones para mejorar las propiedades del acero. Se caracteriza por:

• Revestimiento interior de ladrillo refractario.
• Duración de cada hornada: aproximadamente 1 hora.
• Producción por hornada: 300 toneladas.

Funcionamiento:

1. Se inclina el horno y se añade el arrabio y el fundente.
2. Se pone en posición vertical y se inyecta oxígeno (O₂) para quemar las impurezas.
3. Se extrae la escoria que flota.
4. Se vierte el contenido sobre la cuchara y se añaden ferroaleaciones y carbono.

Horno Eléctrico (Producción de Acero)

Materias Primas: Chatarra seleccionada (sin materiales no ferrosos), cal y ferroaleaciones (como cromo y níquel).

Características:

• Recubierto de ladrillo refractario.
• Duración de cada horneada: aproximadamente 50 minutos.
• Capacidad por horneada: 100 toneladas.
• Temperatura interior: hasta 3500°C.

Funcionamiento:

1. Se retira la tapa y se introduce la chatarra y el fundente.
2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra para generar un arco eléctrico que la funde.
3. Una vez fundida la chatarra, se inyecta oxígeno (O₂) para eliminar los elementos indeseables.
4. Se inclina el horno y se extrae la escoria.
5. Se añade carbono y ferroaleaciones, y se continúa calentando hasta que se disuelvan y se uniformice la composición.
6. Se inclina el horno y se vierte el acero en una cuchara para su posterior moldeo.