Procesos Metalúrgicos: Obtención de Acero, Cobre y Aluminio

Horno Alto

Se introduce la carga (mineral de hierro, coque y fundente) por la parte superior (tragante) hasta llegar al etalaje. En la zona de combustión se alcanzan temperaturas de aproximadamente 1650ºC. Las gotas de hierro fundido se depositan en el crisol en la parte inferior.

Durante el proceso se produce la escoria (impurezas fundidas), que flota sobre el hierro líquido y se extrae por la bigotera. Periódicamente, se sangra el horno para extraer el arrabio (hierro con alto contenido de carbono, aún impuro).

Convertidor (Horno de Afino)

Al arrabio obtenido del horno alto se le eliminan las impurezas en los hornos de afino, como el convertidor LD ( Linz-Donawitz). El arrabio líquido se transporta desde el horno alto hasta la acería mediante vagones torpedo.

Materias Primas

• Arrabio líquido
• Fundente (cal)
• Ferroaleaciones
• Chatarra (opcionalmente, para refrigerar)

Características

• Recipiente de acero recubierto interiormente de ladrillo refractario.
• Capacidad típica de hasta 300 toneladas de producción de acero por hornada.
• Duración del ciclo (hornada): aproximadamente 1 hora.

Funcionamiento

1. Se inclina el horno y se carga la chatarra (si se usa), el fundente y finalmente el arrabio líquido.
2. Se vuelve a la posición vertical y se baja una lanza refrigerada por agua por la que se inyecta oxígeno a alta presión sobre la superficie del metal líquido. El oxígeno reacciona con el carbono y otras impurezas, separándolas.
3. Se inclina el horno para retirar la escoria.
4. Se añaden ferroaleaciones para ajustar la composición final del acero y desoxidar.
5. Se inclina completamente para verter el acero líquido en una cuchara de transporte.

Horno Eléctrico de Arco (HEA)

Partes Principales

• Transformador de potencia.
• Cables flexibles de alta corriente.
• Brazos portaelectrodos.
• Sujeciones de los electrodos de grafito.
• Pórtico con brazos hidráulicos para mover los electrodos y la bóveda (tapa).
• Sistema de extracción de humos.
• Estructura oscilante para el vertido (colada).
• Cuba o carcasa recubierta de material refractario.

Materia Prima

• Chatarra de acero (principalmente).
• Arrabio sólido o hierro de reducción directa (DRI/HBI).
• Fundente (cal).
• Ferroaleaciones.
• Inyección de carbono y oxígeno.

Características

• Interior cubierto de ladrillo refractario.
• Alcanza temperaturas muy elevadas en el arco eléctrico (superiores a 3500ºC), fundiendo la carga metálica.
• Cada hornada suele durar alrededor de 1 hora.

Funcionamiento

1. Se retira la bóveda (tapa) y se introduce la chatarra y otros materiales metálicos mediante cestas.
2. Se cierra la bóveda y se bajan los electrodos de grafito hasta cerca de la carga.
3. Se aplica corriente eléctrica, creando arcos voltaicos entre los electrodos y la carga metálica, lo que la funde.
4. Cuando la chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para afinar el baño (eliminar impurezas) y carbono para formar una escoria espumosa que protege el refractario y mejora la eficiencia térmica.
5. Se extrae la escoria inclinando parcialmente el horno.
6. Se toman muestras para análisis químico y se añaden ferroaleaciones para ajustar la composición final del acero.
7. Se inclina el horno completamente para verter (colar) el acero líquido en la cuchara.

Extracción de Cobre

Vía Seca (Pirometalurgia)

1. El mineral de cobre extraído se introduce en una trituradora para reducir su tamaño.
2. Luego se pasa por un molino de bolas para pulverizarlo finamente.
3. Flotación: Para separar la mena (parte útil del mineral) de la ganga (parte estéril), se introduce el mineral en polvo en un depósito con agua y reactivos químicos, y se agita insuflando aire. Las partículas de mena se adhieren a las burbujas de aire y flotan, formando una espuma que se recoge, mientras que la ganga se va al fondo.
4. El concentrado de mineral se lleva a un horno donde se tuesta (calcinación) para eliminar parte del azufre y oxidar parcialmente los sulfuros.
5. Se introduce en un horno de reverbero o similar, donde se funde. Se le añade fundente (sílice) para que reaccione con el óxido de hierro formando una escoria líquida que se separa. Se obtiene la mata (sulfuros de cobre y hierro fundidos).
6. La mata se trata en un convertidor similar al del acero, donde se inyecta aire para oxidar el azufre y el hierro restantes. Se obtiene cobre blíster con una pureza aproximada del 98-99%.
7. Posteriormente, se refina por fuego y/o electrólisis para obtener cobre de alta pureza (>99.9%).

Vía Húmeda (Hidrometalurgia)

Este método se usa para minerales de baja ley o minerales oxidados.

1. Se tritura el mineral.
2. Lixiviación: Se añade una solución ácida (generalmente ácido sulfúrico, H₂SO₄ diluido) que disuelve selectivamente el cobre del mineral.
3. Extracción por Solventes y Electroobtención (SX-EW): La solución rica en cobre se purifica mediante extracción con solventes orgánicos y luego se pasa a celdas de electroobtención. Mediante electrólisis, el cobre puro se deposita en los cátodos.

Extracción de Aluminio

El aluminio se obtiene principalmente de la bauxita mediante un proceso en dos etapas: el Método Bayer para obtener alúmina pura (óxido de aluminio) y el proceso Hall-Héroult para obtener aluminio metálico a partir de la alúmina.

Método Bayer (Obtención de Alúmina)

1. La bauxita extraída se transporta a la planta de transformación.
2. Se tritura y muele hasta pulverizarla.
3. Digestión: En un mezclador o autoclave, se introduce la bauxita en polvo junto con una solución caliente de sosa cáustica (hidróxido de sodio) a presión. La alúmina se disuelve formando aluminato de sodio, mientras que las impurezas (óxidos de hierro, sílice, etc.) quedan como un residuo sólido (lodo rojo).
4. Clarificación: En un decantador, se separan los residuos sólidos (lodo rojo) de la solución de aluminato de sodio.
5. Precipitación: La solución clara se enfría gradualmente en grandes tanques de precipitación y se siembra con cristales finos de hidróxido de aluminio (Al(OH)₃) para inducir la precipitación del hidróxido de aluminio disuelto.
6. Filtración: Un filtro permite separar los cristales de hidróxido de aluminio de la solución de sosa cáustica (que se recicla).
7. Calcinación: El hidróxido de aluminio se calienta en un horno rotatorio a unos 1100-1200ºC para eliminar el agua y obtener alúmina pura (Al₂O₃) en forma de polvo blanco.
8. La alúmina se enfría y está lista para ser enviada al proceso de electrólisis Hall-Héroult para producir aluminio metálico.