1

FACULTAD DE INGENIERÍAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

Titulo:

PROCESO DE REACCION DE MINERALES

Alumnos:

- DIEGO FABRICIO IZQUIERDO CASTILLO

Curso:

………………………………

Catedratico:

………………………………..

Ciclo:

…….

Moquegua-Perú 2015

2

DEDICATORIA

Para nuestros padres que nos han

ayudado a comprender el significado de la

vida y lo que podemos ser capaces de

hacer para poder alcanzar nuestros sueños

y objetivos.

3

ÍNDICE

Pág.

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….. 4

CAPITULO I 6

1. DEFINICIONES…………………………………………………………….. 6

CAPITULO II 10

2. PROCESO EXTRACCION Y REACCION DE MINERALES…………. 10

CAPITULO III 35

3.SEGURIDAD EN EL MANEJO DE SUSTANCIAS QUIMICAS Y DE RESIDUOS PELIGROSOS.

35

ANEXOS 39

CONCLUSIONES..…………………………………………………………. 40

BIBLIOGRAFÍA …………………………………………………………….. 41

4

INTRODUCCIÓN

En el contenido de presente trabajo, se desarrolla el estudio sobre los minerales, Perú es uno de

los países con potencialidad minera, la cual posee grandes yacimientos que son explotados por

industrial especializadas según su región y o ubicación.

El objetivo principal es aportar datos especifico sobre la definición y clasificación de los

minerales.

Este trabajo desarrolla el tema sobre " PROCESO DE REACCION DE MINERALES",

esperamos que sea importante y beneficioso para su posterior investigación y estudio.

5

a) Motivos.

El presente trabajo nos permite estudiar y analizar el proceso de reacción de los minerales,

por lo que es importante poder conocerlo para poder aprender mas sobre dicho tema a tratar.

b) Resumen.

Una reacción química o cambio químico es todo proceso químico en el cual dos o más

sustancias (llamadas reactivos), por efecto de un factor energético, se transforman en otras

sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un

ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el

oxígeno del aire con el hierro.

c) Anotar (Conclusión).

Una reacción química es una transformación de la materia que producen cambios de unas

sustancias en otras de distintas propiedades características.

En una reacción química se cumplen las leyes de conservación de la masa de Lavoisier y la

ley de las proporciones definidas de Proust.

Los cambios químicos o las reacciones químicas se representan por medio de ecuaciones

químicas.

6

CAPITULO I

TITULO: “PROCESO DE REACCION DE MINERALES”

1. DEFINICIONES.

Se conoce como reacción a la consecuencia o resultado de una determinada acción. Según la teoría, este vocablo se concibe como una resistencia, fuerza contraria u opuesta a algo. Se trata también de la manera en la cual un objeto o individuo se comporta ante un estímulo concreto.

Una reacción de carácter mecánico, por citar un caso en particular, identifica la fuerza de sujeción que un elemento puede ejercer sobre el suelo u otra superficie que actúa como su soporte. Las denominadas reacciones químicas, por su parte, son procesos a través de los cuales dos sustancias se convierten en otras a raíz de un factor energético (como el óxido de hierro que surge por la reacción del oxígeno con el hierro).

1.1. REACCION QUIMICA.

La reacción química es aquel proceso químico en el cual dos sustancias o más, denominados reactivos, por la acción de un factor energético, se convierten en otras sustancias designadas como productos. Mientras tanto, las sustancias pueden ser elementos químicos (materia constituida por átomos de la misma clase) o compuestos químicos (sustancia que resulta de la unión de dos o más elementos de la tabla periódica).

El ejemplo más corriente de una reacción química es la formación de óxido de hierro, que resulta de la reacción del oxígeno del aire con el hierro.

Los productos que se obtienen de ciertos reactivos dependerán de las condiciones persistentes en la reacción química en cuestión, aunque, si bien es una realidad esto que se sostiene que los productos varían de acuerdo a las condiciones, determinadas cantidades no sufren ningún tipo de modificación y por tanto permanecen constantes en cualquier reacción química.

La física reconoce dos grandes modelos de reacciones químicas, las reacciones ácido-base, que no presentan modificaciones en los estados de oxidación y las reacciones redox, que por el contrario sí presentan modificaciones en los estados de oxidación.

En tanto, dependiendo del tipo de productos que resulta de la reacción a las reacciones químicas se las clasifica de la siguiente manera: reacción de síntesis (elementos o compuestos simples se unen para conformar un compuesto más complejo), reacción de descomposición (el compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más simples; un solo reactivo se convierte en productos), reacción de desplazamiento o simple sustitución (un elemento reemplaza a otro en un

7

compuesto) y reacción de doble desplazamiento o doble sustitución (los iones de un compuesto modifican lugares con los propios de otro compuesto para conformar dos sustancias diferentes).

1.2. REACCIONES DE LA QUÍMICA INORGÁNICA.

Desde un punto de vista de la química inorgánica se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones químicas de los compuestos inorgánicos: reacciones ácido-base o de neutralización (sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones redox (con cambios en los estados de oxidación). Sin embargo, podemos clasificarlas de acuerdo con el mecanismo de reacción y tipo de productos que resulta de la reacción. En esta clasificación entran las reacciones de síntesis (combinación), descomposición, de sustitución simple, de sustitución doble.

1.3. REACCIONES DE LA QUÍMICA ORGÁNICA.

Respecto a las reacciones de la química orgánica, nos referimos a ellas teniendo como base a diferentes tipos de compuestos como alcanos, alquenos, alquinos, alcoholes, aldehídos, cetonas, etc; que encuentran su clasificación, reactividad y/o propiedades químicas en el grupo funcional que contienen y este último será el responsable de los cambios en la estructura y composición de la materia. Entre los grupos funcionales más importantes tenemos a los dobles y triples enlaces y a los grupos hidroxilo, carbonilo y nitro.

1.4. FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

Naturaleza de la reacción: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, más rápidas que otras. El número de especies reaccionantes, su estado físico las partículas que forman sólidos se mueven más lentamente que las de gases o de las que están en solución, la complejidad de la reacción, y otros factores pueden influir enormemente en la velocidad de una reacción.

Concentración: La velocidad de reacción aumenta con la concentración, como está descrito por la ley de velocidad y explicada por la teoría de colisiones. Al incrementarse la concentración de los reactantes, la frecuencia de colisión también se incrementa.

Presión: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con la presión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentración del gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presión es débil, y sólo se hace importante cuando la presión es muy alta.

Orden: El orden de la reacción controla cómo afecta la concentración (o presión) a la velocidad de reacción.

8

Temperatura: Generalmente, al llevar a cabo una reacción a una temperatura más alta provee más energía al sistema, por lo que se incrementa la velocidad de reacción al ocasionar que haya más colisiones entre partículas, como lo explica la teoría de colisiones. Sin embargo, la principal razón porque un aumento de temperatura aumenta la velocidad de reacción es que hay un mayor número de partículas en colisión que tienen la energía de activación necesaria para que suceda la reacción, resultando en más colisiones exitosas. La influencia de la temperatura está descrita por la ecuación de Arrhenius. Como una regla de cajón, las velocidades de reacción para muchas reacciones se duplican por cada aumento de 10 ° C en la temperatura,1 aunque el efecto de la temperatura puede ser mucho mayor o mucho menor que esto. Por ejemplo, el carbón arde en un lugar en presencia de oxígeno, pero no lo hace cuando es almacenado a temperatura ambiente. La reacción es espontánea a temperaturas altas y bajas, pero a temperatura ambiente la velocidad de reacción es tan baja que es despreciable. El aumento de temperatura, que puede ser creado por una cerilla, permite que la reacción inicie y se caliente a sí misma, debido a que es exotérmica. Esto es válido para muchos otros combustibles, como el metano, butano, hidrógeno, etc.

La velocidad de reacción puede ser independiente de la temperatura (no-Arrhenius) o disminuir con el aumento de la temperatura (anti-Arrhenius). Las reacciones sin una barrera de activación (por ejemplo, algunas reacciones de radicales) tienden a tener una dependencia de la temperatura de tipo anti Arrhenius: la constante de velocidad disminuye al aumentar la temperatura.

Solvente: Muchas reacciones tienen lugar en solución, y las propiedades del solvente afectan la velocidad de reacción. La fuerza iónica también tiene efecto en la velocidad de reacción.

Radiación electromagnética e intensidad de luz: La radiación electromagnética es una forma de energía. Como tal, puede aumentar la velocidad o incluso hacer que la reacción sea espontánea, al proveer de más energía a las partículas de los reactantes. Esta energía es almacenada, en una forma u otra, en las partículas reactantes (puede romper enlaces, promover moléculas a estados excitados electrónicos o vibracionales, etc), creando especies intermediarias que reaccionan fácilmente. Al aumentar la intensidad de la luz, las partículas absorben más energía, por lo que la velocidad de reacción aumenta. Por ejemplo, cuando el metano reacciona con cloro gaseoso en la oscuridad, la velocidad de reacción es muy lenta. Puede ser acelerada cuando la mezcla es irradiada bajo luz difusa. En luz solar brillante, la reacción es explosiva.

Un catalizador: La presencia de un catalizador incrementa la velocidad de reacción (tanto de las reacciones directa e inversa) al proveer de una trayectoria alternativa con una menor energía de activación. Por ejemplo, el platino cataliza la combustión del hidrógeno con el oxígeno a temperatura ambiente.

Isótopos: El efecto isotópico cinético consiste en una velocidad de reacción diferente para la misma molécula si tiene isótopos diferentes, generalmente isótopos de hidrógeno, debido a la diferencia de masa entre el hidrógeno y el deuterio.

9

Superficie de contacto: En reacciones en superficies, que se dan por ejemplo durante catálisis heterogénea, la velocidad de reacción aumenta cuando el área de la superficie de contacto aumenta. Esto es debido al hecho de que más partículas del sólido están expuestas y pueden ser alcanzadas por moléculas reactantes.

Mezclado: El mezclado puede tener un efecto fuerte en la velocidad de reacción para las reacciones en fase homogénea y heterogénea.

1.5. RENDIMIENTO QUÍMICO.

La cantidad de producto que se suele obtener de una reacción química, es menor que la cantidad teórica. Esto depende de varios factores, como la pureza del reactivo; las reacciones secundarias que puedan tener lugar (es posible que no todos los productos reaccionen), la recuperación del 100% de la muestra es prácticamente imposible.

El rendimiento de una reacción se calcula mediante la siguiente fórmula:

Cuando uno de los reactivos esté en exceso, el rendimiento deberá calcularse respecto al reactivo limitante. Y el rendimiento depende del calor que expone la reacción.

10

CAPITULO II

2. PROCESO EXTRACCION Y REACCION DE MINERALES.

2.1. PROCESOS INDUSTRIALES DEL COBRE.

MINERÍA DEL COBRE.

Este mineral es un mineral que se extra en nuestro departamento de Moquegua, en la Mina de Cuajone. Esta mina es una mina de cobre a cielo abierto ubicado en el distrito de Torata, provincia de Mariscal Nieto, departamento de Moquegua, Perú. El yacimiento está localizado en la franja oeste de la Cordillera Occidental en la parte sur de los Andes peruanos, y es parte de un distrito minero que contiene otros dos yacimientos adicionales conocidos: Toquepala y Quellaveco. Se encuentra a una altura aproximada de 3,500 msnm y es una de las principales minas productoras de cobre del país junto con Cerro Verde, Toquepala y Antamina.

El cobre nativo suele acompañar a sus minerales en bolsas que afloran a la superficie explotándose en minas a cielo abierto. El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%), los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia. Generalmente en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita), junto a cobre nativo en pequeñas cantidades, lo que explica su elaboración milenaria ya que el metal podía extraerse fácilmente en hornos de fosa. A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros) primarias calcosina (CuS2) y covellina (CuS) y finalmente las secundarias calcopirita (FeCuS2) cuya explotación es más rentable que la de las anteriores. Acompañando a estos minerales se encuentran otros como la bornita (Cu5FeS4), los cobres grises y los carbonatos azurita y malaquita que suelen formar masas importantes en las minas de cobre por ser la forma en la que usualmente se alteran los sulfuros.

La tecnología de obtención del cobre está muy bien desarrollada aunque es laboriosa debido a la pobreza de la ley de los minerales. Los yacimientos de cobre contienen generalmente concentraciones muy bajas del metal. Ésta es la causa de que muchas de las distintas fases de producción tengan por objeto la eliminación de impurezas.

El proceso tecnológico que se utiliza es el siguiente:

1) Exploración geológica

En la exploración se identifica la presencia de un yacimiento y sus características, se determina la ley de mineral y la forma de explotarlo.

2) Extracción

11

Las rocas mineralizadas extraídas de la mina (a rajo abierto o subterránea) y de un tamaño adecuado, son cargadas y transportadas a la planta en camiones o tren en forma eficiente y segura, para continuar el proceso productivo del cobre.

3) Chancado

A partir de las etapas de chancado primario y secundario (eventualmente terciario), se obtiene un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a 1,¾ pulgadas, el que se ordena en pilas para realizar la lixiviación. En tres etapas y utilizando grandes chancadores eléctricos, se reduce el tamaño de los fragmentos más grandes de material mineralizado que vienen de la mina, hasta obtener un tamaño uniforme de no más de ½ pulgada (1, 27 cm).

4) Molienda

Mediante el trabajo de molinos, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas de mineral hasta obtener un tamaño máximo de 180 micrones (0,18 mm), con el que se forma una pulpa con agua y reactivos específicos que se lleva a la flotación.

5) Flotación

En las celdas de flotación, se genera espuma cuyas burbujas arrastran el cobre y otros minerales sulfurados contenidos en la pulpa. Luego de varios ciclos, se recolecta y seca esta espuma para obtener el concentrado de cobre que continua su purificación en los procesos de fundición y refinado.

Metalurgia del cobre

Cátodo de cobre

La metalurgia del cobre depende de que el mineral se presente en forma de sulfuros o de óxidos.

Para los sulfuros se utiliza para producir cátodos la vía llamada pirometalurgia, que consiste en el siguiente proceso: Concentración del mineral -> fundición en horno -> paso a convertidores -> afino -> moldeo de ánodos -> electrorefinación -> cátodo. El proceso de refinado produce unos cátodos con un contenido del 99,9% de cobre. Los cátodos son unas planchas de un metro cuadrado y un peso de 55 kg.

12

Otros componentes que se obtienen de este proceso son hierro (Fe) y azufre (S), además de muy pequeñas cantidades de plata (Ag) y oro (Au). Como impurezas del proceso se extraen también plomo (Pb), arsénico (As) y mercurio (Hg).

Como regla general una instalación metalúrgica de cobre que produzca 300.000 t/año de ánodos, consume 1.000.000 t/año de concentrado de cobre y como subproductos produce 900.000 t/año de ácido sulfúrico y 300.000 t/año de escorias.

Cuando se trata de aprovechar los residuos minerales, la pequeña concentración de cobre que hay en ellos se encuentra en forma de óxidos y sulfuros, y para recuperar ese cobre se emplea la tecnología llamada hidrometalurgia, más conocida por su nomenclatura anglosajona Sx-Ew.

El proceso que sigue esta técnica es el siguiente: Mineral de cobre-> lixiviación-> extracción-> electrólisis-> cátodo

Esta tecnología se utiliza muy poco porque la casi totalidad de concentrados de cobre se encuentra formando sulfuros, siendo la producción mundial estimada de recuperación de residuos en torno al 15% de la totalidad de cobre producido.

Tratamientos térmicos del cobre

El cobre y sus aleaciones permiten determinados tratamientos térmicos para fines muy determinados siendo los más usuales los de recocido, refinado y temple.

El cobre duro recocido se presenta muy bien para operaciones en frío como son: doblado, estampado y embutido. El recocido se produce calentando el cobre o el latón a una temperatura adecuado en un horno eléctrico de atmósfera controlada, y luego se deja enfriar al aire. Hay que procurar no superar la temperatura de recocido porque entonces se quema el cobre y se torna quebradizo y queda inutilizado.

El refinado es un proceso controlado de oxidación seguida de una reducción cuyo objeto es volatilizar o reducir a escorias todas las impurezas contenidas en el cobre con el fin de obtener cobre de gran pureza. Los tratamientos térmicos que se realizan a los latones son principalmente recocidos de homogeneización, recristalización y estabilización. Los latones con más del 35% de Zn pueden templarse para hacerlos más blandos.

Los bronces habitualmente se someten a tratamientos de recocidos de homogenización para las aleaciones de moldeo; y recocidos contra acritud y de recristalización para las aleaciones de forja. El temple de los bronces de dos elementos constituyentes es análogo al templado del acero: se calienta a unos 600 ºC y se enfría rápidamente. Con esto se consigue disminuir la dureza del

13

material, al contrario de lo que sucede al templar acero y algunos bronces con más de dos componentes.

Aleaciones de Cobre

Latón (Cu-Zn)

El latón, también conocido como cuzin, es una aleación de cobre, zinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fusión de sus componentes en un crisol o mediante la fusión y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundicíón, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas de diferentes espesores, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm3 y 8,7 g/cm3.

Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión.

El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir, es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es dúctil, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas.

Una pequeña aportación de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte.

El latón admite pocos tratamientos térmicos y únicamente se realizan recocidos de homogenización y recristalización. El latón tiene un color amarillo brillante, con gran parecido al oro y por eso se utiliza mucho en joyería conocida como bisutería, y elementos decorativos. Otras aplicaciones de los latones abarcan los campos más diversos, desde el armamento, calderería, soldadura, fabricación de alambres, tubos de condensador y terminales eléctricos. Como no es atacado por el agua salada, se usa también en las construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos.

14

El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables.

Bronce (Cu-Sn)

Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras.

La tecnología metalúrgica de la fabricación de bronce es uno de los hitos más importantes de la historia de la humanidad pues dio origen a la llamada Edad de Bronce. El bronce fue la primera aleación fabricada voluntariamente por el ser humano: se realizaba mezclando el mineral de cobre (calcopirita, malaquita, etc.) y el de estaño (casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El anhídrido carbónico resultante de la combustión del carbón, reducía los minerales de cobre y estaño a metales. El cobre y el estaño que se fundían, se aleaban entre un 5 y un 10% en peso de estaño.

El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas, tuberías y uniones de fontanería. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de fricción; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de bombas, entre otros elementos de máquinas. En algunas aplicaciones eléctricas es utilizado en resortes.

Alpaca (Cu-Ni-Zn)

Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, níquel (Ni) y cinc (Zn). en una proporción de 50-70% de cobre, 13-25% de níquel, y del 13-25% de zinc. Sus propiedades varían de forma continua en función de la proporción de estos elementos en su composición, pasando de un máximos de dureza a mínimos de conductividad Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos (antifouling). Si a estas aleaciones de cobre-níquel-cinc, se les añaden pequeñas cantidades de aluminio o hierro, constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosión marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construcción naval, principalmente en los condensadores y tuberías, así como en la fabricación de monedas y de resistencias eléctricas.

15

Con las aleaciones de cobre-níquel-cinc se consigue una buena resistencia a la corrosión y buenas cualidades mecánicas. Por esas propiedades se utilizan principalmente para la fabricación de material de telecomunicaciones, piezas para instrumentos, artículos de grifería y accesorios de tubería de buena calidad, en la industria eléctrica, para artículos de ferretería y de ornamentación y artículos utilizados en la fabricación de construcciones metálicas, así como para diversos aparatos de las industrias químicas y alimentarias. Algunas calidades de alpaca se utilizan también para fabricar vajillas y artículos de orfebrería de mesa, etc.

El monel es una aleación que se obtiene directamente de los minerales canadienses, y tiene una composición de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Este material tiene una gran resistencia a los agentes corrosivos y a las altas temperaturas.

El platinoide es un metal blanco compuesto de 60% de cobre,14% de níquel, 24% de zinc y de 1-2% de tungsteno.

Otras aleaciones

Otras aleaciones de cobre con aplicaciones técnicas son las siguientes:

Cobre-cadmio (Cu-Cd): son aleaciones de cobre con un pequeño porcentaje de cadmio y tienen con mayor resistencia que el cobre puro. Se utilizan en líneas eléctricas aéreas sometidas a fuertes solicitaciones mecánicas como catenarias y cables de contacto para tranvías.

Cobre-cromo (Cu-Cr) y Cobre-cromo-circonio (Cu-Cr-Zr): tienen una alta conductividad eléctrica y térmica. Se utilizan en electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderúrgicos y resortes conductores.

Cobre-hierro-fósforo (Cu-Fe-P). Para la fabricación de elementos que requieran una buena conductividad eléctrica y buenas propiedades térmicas y mecánicas se añaden al cobre partículas de hierro y fósforo. Estas aleaciones se utilizan en circuitos integrados porque tienen una buena conductividad eléctrica, buenas propiedades mecánicas y tienen una alta resistencia a la temperatura.

Cobre-aluminio (Cu-Al): también conocidas como bronces al aluminio, contienen al menos un 10% de aluminio. Estas aleaciones son muy parecidas al oro y muy apreciadas para trabajos artísticos. Tienen buenas propiedades mecánicas y una elevada resistencia a la corrosión. Se utilizan también para los trenes de aterrizaje de los aviones , en ciertas construcciones mecánicas.

16

Cobre-berilio (Cu-Be): es una aleación constituida esencialmente por cobre. Esta aleación tiene importantes propiedades mecánicas y gran resistencia a la corrosión. Se utiliza para fabricar muelles, moldes para plásticos, electrodos para soldar por resistencia y herramientas antideflagrantes. Cobre-plata (Cu-Ag) o cobre a la plata: es una aleación débil por sus altos componentes de cobre, que se caracteriza por una alta dureza que le permite soportar temperaturas de hasta 226 ºC, manteniendo la conductividad eléctrica del cobre.

Algunas aleaciones de cobre tienen pequeños porcentajes de azufre y de plomo que mejoran la maquinabilidad de la aleación. Tanto el plomo como el azufre tienen muy baja solubilidad en el cobre, separándose respectivamente como plomo (Pb) y como sulfuro cuproso (Cu2S) en los bordes de grano y facilitando la rotura de las virutas en los procesos de mecanizado, mejorando la maquinabilidad de la aleación.

Procesos industriales del cobre

Producción minera

La producción mundial de cobre a partir de minas es de unos 15,6 millones de toneladas al año (2007). El principal país productor es Chile, con más de un tercio del total, seguido por Perú y Estados Unidos.

Rango EstadoProducción( en mill. ton/año )

1 Chile 5,70

2 Perú 1,20

3 Estados Unidos 1,19

4 China 0,92

5 Australia 0,86

6 Indonesia 0,78

7 Rusia 0,73

8 Canadá 0,59

9 Zambia 0,53

10 Polonia 0,47

17

11 Kazajistán 0,46

11 México 0,40

Fuente: USGS 2008

De entre las diez mayores minas de cobre del mundo, cinco se encuentran en Chile (Escondida, Codelco Norte, Collahuasi, El Teniente y Los Pelambres), dos en Indonesia, una en Estados Unidos, una en Rusia y otra en Perú (Antamina)

Procesos básicos en la obtención de cobre

Recepción de materias primas y mezclado:

Los minerales recibidos son transportados hasta los almacenes de la Fundición, donde se mezclan para obtener una liga de composición adecuada para su alimentación al proceso.

Secado de los concentrados:

Para fundir el concentrado en el Horno Flash se requiere un 0,2% de humedad. Para conseguirlo empleamos tres secadores: uno rotativo de gas natural y dos de vapor.

Fusión:

El proceso de fusión de concentrados en el Horno Flash permite obtener un producto intermedio conocido como mata, donde se eleva de 30 a un 62% el contenido medio de cobre. Además de la mata se obtienen escorias y gases con un alto contenido en SO2 .

Conversión de la mata:

Durante este proceso se separan los restos de azufre, hierro y otros metales del cobre. En él se genera energía que permite fundir los recirculantes producidos en la Fundición y las chatarras adquiridas en el mercado. Los productos que se obtienen de este proceso son: el cobre blister, con un contenido medio del 99,5% en cobre, escorias, y gases con SO2, que unidos a los obtenidos en la Fusión, son finalmente transformados en ácido sulfúrico.

Tratamiento de las escorias:

18

Las escorias obtenidas en el Horno Flash y los convertidores se tratan en un horno eléctrico para reducir el cobre contenido del 2 y 6% respectivamente, a menos del 1%. La mata obtenida se vuelve a introducir en el proceso productivo, mientras que las escorias finales se comercializan.

La escoria granulada tiene los siguientes usos:

- Abrasivo (chorro a presión para superf. metálicas).- Construcción de carreteras.- Hormigones pesados.- Rellenos de material drenante.- Fabricación de materiales de construcción.- Fabricación de morteros para suelos industriales.- Fabricación de cemento.

Afino térmico y moldeo del cobre:

En este proceso se eliminan el oxígeno y el azufre que aún están disueltos en el cobre blister. Para ello se dispone de tres hornos de afino. A continuación el cobre se moldea en forma de ánodos usando dos ruedas de moldeo.

Lavado de gases:

Los gases con SO2 procedentes de la Fundición son enviados a la Sección de Lavado de las Plantas de Ácido para eliminar el polvo arrastrado durante el proceso.

Producción de Ácido Sulfúrico:

Atlantic Copper es el mayor productor de España (y el 2º de Europa) de esta materia prima, que es fundamental para la industria de fertilizantes y otras ramas de la industria química.

La totalidad del SO2 producido en el proceso de fusión de los concentrados se trata para su transformación en ácido sulfúrico que se obtiene en las tres Plantas de Ácido.

El sistema utilizado es el de contacto con catalizadores de pentóxido de vanadio y cesio. Las tres plantas tienen tecnología de doble absorción y doble contacto, permitiendo una fijación de azufre superior al 99,8%.

El ácido sulfúrico se almacena y distribuye, bien por tubería o mediante camiones cisterna homologados.

19

Como subproducto del proceso de fundición, se obtiene ácido sulfúrico a partir de la captura del SO 2 procedente del azufre contenido en los concentrados de cobre. El proceso de producción está garantizado bajo la Norma ISO 9002.

Este ácido se comercializa para la producción de:

- Abonos y fertilizantes- Productos químicos (industria de la pintura)- Metacrilatos- Industria de detergentes- Procesos electrolíticos- Tratamientos de aguas- Industria del curtido- Galvanotecnia, y- Fabricación de explosivos.

Planta de Yeso Artificial:

Los ácidos débiles producidos en la Planta de Ácido se utilizan para producir yeso artificial que se utiliza en la construcción, cementeras, refuerzo y sellado de vertederos, etc. En Atlantic Copper producimos unas 240 toneladas al día.

Refino Electrolítico:

El cobre del ánodo se disuelve en el electrolito, el cobre puro se deposita en el cátodo, y las impurezas y metales preciosos se posan en el fondo de las cubas en forma de lodos que se secan y comercializan. El resto del ánodo no disuelto se recircula en los convertidores.

Planta de Níquel:

Permite recuperar níquel del electrolito en forma de sulfato de níquel, que también se comercializa de forma separada.

Planta de Tratamiento de Efluentes Líquidos:

Todos los efluentes de los procesos son depurados antes de su vertido o reutilización, obteniendo óxido de zinc vendible.

Lodos Electrolíticos

20

Es el subproducto resultante del refino electrolítico del ánodo y procede de la deposición de partículas en el fondo de las cubas electrolíticas. Tiene un alto contenido en oro, plata, y otros metales preciosos y se comercializa en bidones sobre palets.

Composición

Oro: (1,5 - 4)% - Plata: (4,5 - 11)%

Aplicaciones

Los principales clientes son refinerías de metales preciosos, quienes recuperan el oro, plata y paladio que contiene para la obtención de lingotes.

El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre y constituye el 7.3% de su masa. En su forma natural, sólo existe en una combinación estable con otros materiales (particularmente en sales y óxidos) y no fue sino hasta 1808 cuando fue descubierto. A partir de entonces, demandó muchos años de investigación y ensayos el poder aislar el aluminio puro del mineral en su estado original, para poder hacer viable su producción, comercialización y procesamiento.

De esta manera, el aluminio sólo se produjo para ser comercializado durante el último siglo y medio y es todavía un material muy joven. La humanidad ha utilizado cobre, plomo y estaño por miles de años; sin embargo en la actualidad se produce más aluminio que la suma del resto de la producción de los otros metales no ferrosos. La producción de aluminio primario durante el año 2006 fue de 33.9 millones de toneladas y se prevé crezca a tasas superiores al 5% durante los próximos años.

El aluminio es un material sustentable. Dados los actuales niveles de producción, las reservas conocidas de bauxita –de las cuales se obtiene el mineral de aluminio- durarán por cientos de años. Más del 55% de la producción mundial de aluminio se realiza utilizando energía hidroeléctrica renovable.

Casi la totalidad de los productos de aluminio pueden desde un punto de vista técnico (factibilidad) y económico (rentabilidad) ser reciclados repetidamente para producir nuevos productos, sin perder el metal su calidad y propiedades. La utilización de metales reciclados ahorra energía y preserva las fuentes de recursos naturales. Es por eso que el creciente uso del aluminio reciclado en diversas aplicaciones le da el reconocimiento de metal verde.

El mineral del cual se extrae el aluminio, comúnmente llamado bauxita, es abundante y se encuentra principalmente en áreas tropicales y subtropicales: África, Antillas, América del Sur y Australia. Hay también algunas minas de bauxita en Europa. La bauxita se refina para obtener

21

óxido de aluminio (alúmina) y luego a través de un proceso electrolítico ser reducida a aluminio metálico.

Las plantas de producción de aluminio primario están localizadas por todo el mundo, por lo general en áreas donde hay abundantes recursos de energía eléctrica barata.

Se requieren de dos a tres toneladas de bauxita para producir una tonelada de alúmina. Se necesitan aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio.

Hay numerosos depósitos de bauxita, principalmente en las regiones tropicales y subtropicales, así como también en Europa. La bauxita es generalmente extraída por un sistema de minería a cielo abierto, aproximadamente a unos 4-6 metros de profundidad de la tierra.

22

De acuerdo a información relevada por el internacional Aluminium Institute, una mina de bauxita tipo emplea aproximadamente 200 personas por cada millón de toneladas/años de bauxita producida o aproximadamente 11 personas por hectárea. Por lo general estas minas ofrecen empleos relativamente bien remunerados y las compañías mineras tienden a proporcionar ayuda a sus comunidades vecinas.

Hay atractivas razones comerciales y sociales para promover el desarrollo de una mina de bauxita. La compañía minera quiere el mineral para su uso o venta, mientras que los gobiernos nacionales aprueban el desarrollo de las minas, no sólo por motivos de empleo y sociales sino también por los ingresos que obtienen de estas compañías mineras. Tales razones son complementadas, según últimos estudios llevados a cabo por el International Aluminium Institute, por una mayor concientización de las compañías mineras en cuanto a los factores ambientales. Las áreas de explotación están siendo restauradas a una condición del medio ambiente estable, el 90 % de compañías consultadas ya tiene un plan de rehabilitación en el lugar.

Cada vez más, las compañías mineras están comprometidas con temas del medio ambiente. La explotación de bauxita es acompañada por una rehabilitación de tierra y control ambiental a fin de restaurar el área, de acuerdo a una condición ambiental sostenible.

La alúmina es un material de color blanco tiza de consistencia similar a la arena fina. La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es vital para la producción de aluminio–se requieren aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio-.

En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son removidos. Se los conoce comúnmente como "barro rojo".

La industria del aluminio primario utiliza la alúmina fundamentalmente como materia prima básica para la producción del aluminio. Además, la alúmina se utiliza de manera complementaria para:

1. Aislante térmico para la parte superior de las cubas electrolíticas.2. Revestimiento de protección para evitar la oxidación de los ánodos de carbón.3. Absorción de las emisiones provenientes de las cubas.

Las series de cubas

23

Las cubas son organizadas en series dentro de la planta de producción de aluminio. Las series de cubas más modernas, tienden a tener las cubas colocadas “lado a lado” y la mayoría de las tareas de mantenimiento se llevan a cabo usando puentes grúas multiuso, (algunas tareas deben realizarse regularmente), como por ejemplo el cambio de los ánodos, la remoción del producto terminado etc.

La cuba

Una cuba consta de dos partes principales:

1. Un bloque de carbono el cuál se ha obtenido a partir de una mezcla de coque y brea. Este bloque actúa como ánodo (o electrodo positivo).:2. El cátodo (o electrodo negativo) que comprende un cajón de acero rectangular asentado sobre hormigón, que contiene un crisol carbonoso sobre el cual descansa el aluminio líquido.

Entre el ánodo y el cátodo hay un espacio donde se encuentra el electrolito. Este se encuentra en estado líquido a 960°C. Se le agrega la alúmina refinada que se disuelve entonces en el electrolito fundido.

El electrolito

El electrolito usado es la criolita, que es el mejor solvente para la alúmina. Para mejorar la performance de las cubas, se agregan otros componentes como el fluoruro de aluminio y el fluoruro de calcio (utilizados para bajar el punto de solidificación del electrolito).

El ánodo

El carbón o coque calcinado, utilizado para producir los ánodos que se consumen durante la electrólisis, es un subproducto de la refinación del petróleo. El coque calcinado utilizado en la planta de ALUAR proviene del complejo petroquímico ubicado en la ciudad de Ensenada de la provincia de Buenos Aires. A partir de este material, ALUAR fabrica sus propios ánodos en instalaciones específicas de su planta de Puerto Madryn.

Los ánodos de carbono utilizados en el Proceso Hall Héroult, se consumen durante la electrólisis. Los ánodos precocidos se forman separadamente, usando partículas de coque aglutinadas con brea y cocinadas en un horno. Una vez que estos ánodos se consumen hasta una cierta altura deben ser cambiados.

El Cátodo

24

El cátodo consiste en un armazón de grafito incrustado en barras de acero para realizar la conexión eléctrica. Durante el proceso el aluminio líquido funciona como cátodo. Generalmente la vida útil de un cátodo es de 1.500 a 3.000 días.

La mayoría de las aplicaciones del aluminio requieren que se lo combine con otros metales para formar aleaciones específicas para cada proceso de fabricación.

Los principales metales usados como aleantes son el silicio, el cinc, el cobre, el magnesio y el manganeso.

Una vez obtenida la aleación deseada, el aluminio puede ser procesado de la siguiente manera:

LaminaciónAleacionesFundiciónExtrusión

Estos procesos pueden a su vez ser combinados con otros procesos industriales como el pintado, el anodizado, la soldadura, el forjado, entre otros. Además, una vez alcanzada su forma final, las propiedades del producto pueden ser modificadas mediante tratamientos térmicos.

La gran variedad de procesos industriales a los cuales es posible someter al aluminio explican la enorme cantidad de aplicaciones de este metal.

El aluminio se procesa en primera instancia en laminadores en caliente para luego ser transferido a laminadores en frío

Laminadores en caliente

Previo al proceso de laminación, el aluminio tiene forma de un gran lingote o placa (ver Placa para deformación). Este lingote es calentado hasta unos 500ºC y pasado repetidas veces por este primer tipo de laminadores. Este proceso reduce gradualmente el espesor del lingote hasta unos 6mm, y una vez finalizado, el aluminio es enfriado y transportado a los laminadores en frío para su posterior tratamiento.

Laminadores en frío

25

Hay una gran diversidad de laminadores en frío. Grande también es la gama de productos que se obtienen, que llegan hasta espesores de 0.05mm. En general, el tipo de producto depende de la aleación utilizada, el proceso de deformación vía laminación y el tratamiento térmico aplicado al producto, ajustando así sus propiedades mecánicas y físicas.

Productos Los productos pueden ser agrupados en grandes categorías: laminados finos y laminados gruesos.

Entre los primeros, se puede distinguir el foil del resto de los laminados finos. El foil tiene un espesor menor a los 0.2mm y es utilizado por lo general en la industria de packaging en envases o coberturas. También se lo utiliza en aplicaciones eléctricas, y como componente en aislamientos térmicos. El resto de los laminados finos, con espesores entre 0.2mm y 6mm se aplican de manera muy diversa en el sector de la construcción (sea en revestimientos o techos). También tienen como destino el sector de transporte (paneles laterales y estructuras de automotores, barcos y aviones).Los laminados gruesos tienen un espesor superior a los 6mm. Suele ser utilizado también en estructuras de aviones, vehículos militares y componentes estructurales de puentes y edificios.

El rango de propiedades del aluminio es amplio y se potencia por la diversidad de aleaciones comercialmente disponibles

La composición de esas aleaciones está regulada por clasificaciones internacionales. Cada una de aquellas se describe por un conjunto de cuatro dígitos, con letras y números adicionales que indican el temple de la aleación. Por ejemplo, 6082-T6 es una aleación de resistencia media basada en la familia de productos de aluminio-magnesio-silicio.La clasificación prevé:

1XXX Aluminio de pureza mínima de 99%

2XXX Aleaciones de aluminio y cobre

3XXX Aleaciones de aluminio y manganeso

4XXX Aleaciones de aluminio y silicio

5XXX Aleaciones de aluminio y magnesio

6XXX Aleaciones de aluminio, magnesio y silicio

7XXX Aleaciones de aluminio, cinc y magnesio

8XXX Otras aleaciones

26

2.2. PROCESOS DE OBTENCIÓN DE NÍQUEL

El uso del níquel se remonta aproximadamente al siglo IV a.C., generalmente junto con el cobre, ya que aparece con frecuencia en los minerales de este metal. Bronces originarios de la actual Siria tienen contenidos de níquel superiores al 2%. Manuscritos chinos sugieren que el «cobre blanco» se utilizaba en Oriente hacia 1700 al 1400 a. C.; sin embargo, la facilidad de confundir las menas de níquel con las de plata induce a pensar que en realidad el uso del níquel fue posterior, hacia el siglo IV a. C.

Los minerales que contienen níquel, como la niquelina, se han empleado para colorear el vidrio. En 1751 Axel Frederik Cronstedt, intentando extraer cobre de la niquelina, obtuvo un metal blanco que llamó níquel, ya que los mineros de Hartz atribuían al «viejo Nick» (el diablo) el que algunos minerales de cobre no se pudieran trabajar; y el metal responsable de ello resultó ser el descubierto por Cronstedt en la niquelina, o Kupfernickel, diablo del cobre, como se llama aún al mineral en idioma alemán.

El níquel es el 28º elemento más común. Constituye el 0.008% de la corteza terrestre. Se supone que el núcleo de la Tierra contiene grandes cantidades de este elemento. El níquel no se encuentra en la naturaleza como mineral puro excepto en los meteoritos.

Los minerales de níquel están ampliamente difundidos en pequeñas concentraciones; los yacimientos explotables deberían enriquecerse mediante procesos geoquímicos hasta un mínimo de 0,5% de contenido de Ni. Los nódulos de manganeso que se extraen de las profundidades marinas contienen grandes cantidades de níquel. Los minerales de Ni más importantes son: la pirrotina o pirita magnética, la garnierita, la nicolita o niquelina, el níquel arsenical, y el níquel antimónico.

Se obtiene mediante procesos muy diversos, según la naturaleza de la mena y los futuros usos. En algunos casos, las aleaciones níquel-hierro que se obtienen como producto intermedio, se incorporan directamente a la fabricación de aceros. Cuando se parte de minerales sulfurosos, se los transforma primero en mata que luego se machaca y tritura; a partir de allí, mediante el proceso carbonílico, se obtiene primero el níquel tetracarbonilo y luego el níquel en polvo de alta pureza. Cuando se parte de óxidos, el metal se obtiene a través de procesos electrolíticos.

El método de preparación del níquel depende de la composición de los minerales. Todos los métodos son complejos debido a la dificultad que entraña la separación de otros elementos de propiedades muy parecidas como hierro, cobre y cobalto presentes en los minerales. En el proceso electrolítico, el níquel se deposita en forma metálica pura después de que el cobre ha sido previamente eliminado por deposición con un electrolito y voltaje diferente. En el método Mond, el cobre es eliminado por disolución en ácido sulfúrico diluido, y el residuo de níquel se reduce a níquel metálico impuro. Se pasa monóxido de carbono sobre el níquel impuro, formándose níquel tetracarbonilo (Ni(CO)4), un gas volátil que se descompone calentando a 200°C, depositándose níquel metálico puro. Los minerales sulfurosos como la pentlandita y la

27

pirrotita, se reducen comúnmente en un horno y se envían en forma de un sulfuro aglomerado de cobre y níquel a las refinerías, donde el níquel se separa por diversos procesos.

Un proceso para la extracción de níquel a partir de un catalizador de níquel gastado comercial del tipo NiMo/g-alúmina; comprende: i) añadir un persulfato basado que tiene una concentración dentro del intervalo de 0,25-4% (peso/peso) junto con el catalizador de níquel conformado y fino en una disolución de ácido sulfúrico y agitar con un agitador magnético de aguja/vidrio y mantener la relación de sólido-líquido dentro del intervalo de 1/2- 1/10 (peso/volumen) ii) mantener la temperatura de la suspensión obtenida en la etapa (i) dentro del intervalo de 40 a 100ºC durante un período de 0, 5 a 6 h, iii) permitir que la suspensión decante y a continuación filtrar la suspensión para obtener el licor de extracción que contiene níquel y alúmina como residuo sólido, iv) lavar el residuo sólido para retirar el licor atrapado y secar a 110-120ºC para obtener un subproducto con un elevado contenido de alúmina que proviene del catalizador de níquel gastado, v) purificar dicho licor de extracción mediante precipitación del hierro y de otras impurezas empleando cal y filtrar para obtener una disolución de sulfato de níquel puro, vi) cristalizar o precipitar los licores de extracción para obtener un cristal de sulfato de níquel o de hidróxido de níquel, vii) reducir el hidróxido de níquel para obtener polvo de metal de níquel u óxido de níquel.

Existe un procedimiento para obtener metales a partir de un mineral o concentrado de mineral de cobalto y/o níquel arsenosulfurado y/o sulfurado, en el cual se hace reaccionar el mineral o concentrado de mineral de cobalto y/o níquel arsenosulfurado y/o sulfurado, con azufre o compuestos de arsénico que contienen azufre, para dar un producto de reacción que contiene CoS y/o NiS, y se disuelven del producto de reacción metales y tierras raras solubles.

28

2.3. PROCESO DEL MINERAL COQUE.

El coque es el residuo sólido, duro y poroso que resulta después de la destilación destructiva, o pirólisis, de determinados carbones minerales que poseen propiedades coquizantes, es decir, capacidad de transformase en coque después de haber pasado por una fase plástica, como en el caso de la destilación seca de la hulla o la descomposición de carbones bituminosos en ausencia de aire.

El coque se emplea como agente reductor para la fundición de hierro y como combustible. Tiene un color gris negruzco y un brillo metálico. Contiene fundamentalmente carbono, alrededor del 92%, siendo casi el 8% restante ceniza. El poder calorífico del coque es muy elevado, y por ello durante la Revolución industrial sustituyó al carbón vegetal como reductor y fuente de energía en los altos hornos. Facilitó el desarrollo de la industria siderúrgica, que dependía hasta entonces de un recurso muy limitado como es la leña.

En la práctica, para la fabricación del coque metalúrgico se utilizan mezclas complejas que pueden incluir más de 10 tipos diferentes de carbones minerales en distintas proporciones. El proceso de pirólisis mediante el cual se obtiene el coque se denomina coquización, y consiste en un calentamiento (entre 1.000 y 1.200 ºC) en ausencia de oxígeno hasta eliminar la práctica totalidad de la materia volátil del carbón o mezcla de carbones que se coquizan.

Se conoce con el nombre de carbonización al proceso de destilación destructiva de sustancias orgánicas en ausencia de aire para dar un producto sólido rico en carbono, además de productos líquidos y gaseosos. La carbonización de madera y otros materiales vegetales produce carbón vegetal, mientras que la de cierto tipo de carbones minerales (carbones coquizables, como carbones bituminosos o hulla), o mezclas de estos carbones, producen el coque. En este caso el proceso de carbonización es denominado coquización.

La coquización se diferencia de la carbonización en que durante el proceso de calentamiento en atmósfera inerte de los carbones coquizables o cualquier otra sustancia que dé lugar a un coque, como por ejemplo la brea u otros materiales termoplásticos, se pasa por un estado fluido transitorio durante un determinado intervalo de temperaturas que varía según el material que se esté coquizando (en el caso de los carbones coquizables este intervalo puede oscilar entre los 350 y 500 ºC). Pasado el intervalo fluido (también denominado etapa plástica) se forma el semicoque. Al seguir aumentando la temperatura sigue el desprendimiento de gases hasta que finalmente se forma el coque.

Durante la etapa fluida, o plástica, se produce una total reorganización en la microestructura del material. Así, mientras que los carbonizados presentan una microestructura desordenada y, salvo raras excepciones, no pueden ser grafitizados, los coques presentan una microestructura más ordenada y pueden ser grafitizados si se someten a un proceso de grafitización. 

29

El proceso primitivo de calentar el carbón en pilas para producir coque permaneció como el más importante durante aproximadamente un siglo: simplemente se apilaba en grandes montones al aire libre dejando una serie de conductos horizontales y verticales. Estos conductos se llenaban con madera a la que se prendía fuego, lo que a su vez inflamaba el carbón. Cuando la mayor parte de los elementos volátiles del carbón habían desaparecido, las llamas se hacían más débiles. Entonces se sofocaba parcialmente el fuego con polvo de carbón y se rociaba con agua.

No obstante, en el año 1759, en Newcastle, se desarrolló un horno con forma de colmena fue desarrollado, siendo este tipo de hornos usado todavía en algunas partes del mundo. En estos hornos, al igual que en el caso del cocido al aire libre, no se hacía nada para recuperar el gas ni el alquitrán, valiosos subproductos del proceso. En la actualidad, casi todos los hornos de colmenas han sido sustituidos por los modernos hornos de coque de recuperación de subproductos, de cámara rectangular, capaces de ser descargados utilizando máquinas. En ellos se observan las características básicas de los hornos modernos: 

(i) Están construidos en baterías.

(ii) Poseen cámaras rectangulares separadas por paredes huecas que contienen los canales de calentamiento, en los cuales el gas se quema para calentar el horno.

(iii) Son cargados por una máquina y descargados por una deshornadora mecánica, después de la retirada de las puertas de ambos lados.

(iv) El gas sale del horno por el tubo montante y se lleva a la planta de subproductos, retornando una parte del mismo a los hornos para su calentamiento. 

Estos hornos, por lo general se agrupan en baterías de unas 60 ó 70 unidades. Son estrechas cámaras verticales con paredes de sílice del orden de 6 metros de altura, 450 milímetros de anchura y 16 metros de fondo, lo que supone unos 37 metros cúbicos de volumen y unas 30 toneladas de carbón por horno. Las cámaras se calientan por la combustión del gas que fluye entre los hornos adyacentes, calentándose hasta 1.500 durante unas 17 horas. Mientras, los gases procedentes del horno se recogen por otra abertura en la parte superior. El alquitrán de carbón se condensa al contacto con el agua de la tubería principal, y el gas, después de depurarse con agua para eliminar el amoníaco y con aceite para eliminar el benceno, se emplea para calentar los hornos. Al final del proceso de coquización, un pistón saca del horno el coque al rojo vivo y lo deposita directamente en una vagoneta que lo lleva a la campana de extinción, donde se rocía con agua. El proceso de vaciado sólo dura unos 3 minutos, con lo que el horno puede ser recargado con pocas pérdidas de calor. Esta técnica es altamente contaminante, aunque en la actualidad los gases procedentes de la campana de extinción son tratados mediante conducción y filtrado.

El coque metalúrgico es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, pero su principal empleo es en el horno alto (coque siderúrgico), en el que cumple tres papeles principales: 

(i) Como combustible, proporcionando calor para los requerimientos endotérmicos de las reacciones químicas, y para la fusión de la escoria y del metal. Este papel ha perdido cierta

30

importancia debido a las adiciones de fuel y gas por las toberas y, recientemente, por la inyección de carbón. 

(ii) Como reductor que produce y regenera los gases para la reducción de los óxidos de hierro. 

(iii) Como soporte de la carga y responsable de la permeabilidad de la misma. Este papel es cada vez más importante, a medida que aumenta el tamaño de los hornos altos. 

La calidad del coque está en función del uso específico a que esté destinado. Así, por ejemplo, el coque de horno alto va a tener que soportar una gran carga, debido al material que existe encima de él, y que aumentará a medida que va descendiendo en el horno alto hasta llegar a la zona de reacción. Para soportar esa presión sin desmoronarse antes de llegar a reaccionar, ha de poseer una buena resistencia mecánica. Por otro lado, los trozos de coque, a medida que descienden en el horno alto, se van a ver sometidos a una acción continua de los gases oxidantes que se desprenden en la zona de reacción y que ascienden por el horno hasta salir por su parte superior. En estas circunstancias, el coque necesita presentar una reactividad moderada frente a los gases desprendidos para poder llegar, lo más íntegramente posible, a la zona de reacción con el mineral de hierro. Para conseguir esto, se requiere un coque con una textura porosa adecuada, que hagan que su reactividad sea lo más idónea posible.

31

2.4. PROCESO DEL HIERRO:

El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8 de la tabla periódica de los elementos. Se simboliza como Fe.

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5%. Igualmente es uno de los elementos más importantes del Universo, y el núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la Historia recibe el nombre de "Edad de Hierro".

Características principales

Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de afino para eliminar las impurezas presentes.

Fundamentalmente se emplea en la producción de aceros, consistentes en aleaciones de hierro con otros elementos, tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56.

Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura:

Hierro α: Es la que se encuentra a temperatura ambiente; hasta los 788 ºC. El sistema cristalino es una red cúbica centrada en el cuerpo y es ferromagnético.

Hierro β: 788 ºC - 910 ºC; tiene el mismo sistema cristalino que la α, pero la temperatura de Curie es de 770 ºC, y pasa a ser paramagnético.

32

Hierro γ: 910 ºC - 1400 ºC; presenta una red cúbica centrada en las caras.

Hierro δ: 1400 ºC - 1539 ºC; vuelve a presentar una red cúbica centrada en el cuerpo.

Aplicaciones

El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. Es indispensable debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. El acero es la aleación de hierro más conocida, siendo éste su uso más frecuente. Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, así como otros elementos. Dependiendo de su contenido en carbono se clasifican en:

o Acero bajo en carbono. Menos del 0.25% de C en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etcétera. También existen los aceros de alta resistencia y baja aleación, que contienen otros elementos aleados hasta un 10% en peso; tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser trabajados fácilmente.

o Acero medio en carbono. Entre un 0.25% y un 0.6% de C en peso. Para mejorar sus propiedades son tratados térmicamente. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste.

o Acero alto en carbono. Entre un 0.60% y un 1.4% de C en peso. Son aún más resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden otros elementos para que formen carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, WC; estos carburos son muy duros. Estos aceros se emplean principalmente en herramientas.

Uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad. Hay una serie de aceros a los que se les añaden otros elementos aleantes (principalmente cromo) para que sean más resistentes a la corrosión, se llaman aceros inoxidables.

Cuando el contenido en carbono es superior a un 2.1% en peso, la aleación se denomina fundición. Generalmente tienen entre un 3% y un 4.5% de C en peso. Hay distintos tipos de fundiciones (gris, esferoidal, blanca y maleable); según el tipo se utilizan para distintas aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etcétera.

Por otra parte, los óxidos de hierro tienen variadas aplicaciones: en pinturas, obtención de hierro, la magnetita (Fe3O4) y el óxido de hierro III en aplicaciones magnéticas, etcétera.

Abundancia y obtención

Es el metal de transición más abundante en la corteza terrestre, y cuarto de todos los elementos. También abunda en todo el Universo, habiéndose encontrado meteoritos que lo contienen. Se encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan: la hematites (Fe2O3),

33

la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO(OH)), la siderita (FeCO3), pirita (FeS2), ilmenita (FeTiO3), etcétera.

La reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado comúnmente alto horno. Durante el proceso se produce arrabio líquido. En los procedimientos de reducción directa se produce esponja de hierro sólida. En él se añaden los minerales de hierro, en presencia de coque y carbonato de calcio, CaCO3 (que actúa como escorificante).

34

Compuestos

Los estados de oxidación más comunes son +2 y +3. Los óxidos de hierro más conocidos

son el óxido de hierro (II), FeO, el óxido de hierro (III), Fe2O3, y el óxido mixto Fe3O4.

Forma asimismo numerosas sales y complejos en estos estados de oxidación. El hexacianoferrato

(II) de hierro (III), usado en pinturas, se ha denominado azul de Prusia o azul de Turnbull; se

pensaba que eran sustancias diferentes.

Se conocen compuestos en el estado de oxidación +4, +5 y +6, pero son poco comunes, y

en el caso del +5, no está bien caracterizado. El ferrato de potasio, K2FeO4, en el que el

hierro está en estado de oxidación +6, se emplea como oxidante. El estado de oxidación

+4 se encuentra en unos pocos compuestos y también en algunos procesos enzimáticos.

El Fe3C se conoce como cementita, que contiene un 6.67 % en carbono, al hierro α se le

conoce como ferrita, y a la mezcla de ferrita y cementita, perlita o ledeburita dependiendo

del contenido en carbono. La austenita es el hierro γ.

35

CAPITULO III3. SEGURIDAD EN EL MANEJO DE SUSTANCIAS QUIMICAS Y DE RESIDUOS

PELIGROSOS.

Podemos mencionar algunas de las características de peligrosidad de las sustancias químicas.

No eliminar por las piletas o desagües sustancias químicas, sólidas ni líquidas, puras o

diluídas, ni simples ni mezcladas, ni productos de desecho de reacción. Salvo en la

excepción que sean productos o soluciones inocuas.

No eliminar por los desagües o piletas: solventes orgánicos o clorados, sean inflamables o

no, ya sean miscibles en agua o no.

No eliminar por las piletas o desagües, sustancias, mezclas o disoluciones que sean

corrosivas.

No eliminar ninguna sustancia que por acción remota de otros efluentes, puedan generar

gases como halógenos (cloro, bromo, yodo), hidrácidos (como gas clorhídrico,

cianhídrico, sulfhídrico, arsina, fosfina, gas sulforoso, monóxido de carbono, etc.). Se

exceptúa el agua lavandina, la cual debe eliminarse muy diluída.

Algunos residuos que se consideran peligrosos deben tratarse químicamente antes de su

eliminación. Para ello, el Área de Seguridad e Higiene brinda asesoramiento indicando el

camino a seguir en cada caso, como así también en el caso que se quiera encarar la destilación o

recupero o efectuar otros tratamientos físico-químicos del residuo o el producto peligroso. Así

se minimizan los residuos, se tornan menos tóxicos y se evita la manipulación de grandes

volúmenes y mayores costos.

El principio general que se sostiene es que los residuos deben ser manejados y eliminados de

forma tal que no afecten a las personas ni al medio ambiente.

Todo Docente, Investigador y Personal Auxiliar, debe conocer los productos que manipula y

cómo disponer los desechos, según las normas de este manual y de las hojas de seguridad que se

difunden, usar métodos adecuados de manipulación y eliminación y asumir la responsabilidad de

la observación de las normas de trabajo impuestas por las “Buenas prácticas operacionales”.

36

Las sustancias químicas de características radioactivas empleadas en la Facultad, serán tratadas

en el capítulo aparte sobre “Radioactivos” y están sujetas a una legislación, manipulación y

eliminación específicas.

El manejo seguro de las sustancias químicas comienza con la decisión de la compra. Deben

conocerse las propiedades físicas, químicas y las acciones biológicas que su uso implica. Sus

características de toxicidad, tiempo de exposición por contacto, absorción o inhalación, peligros

que representan, acción, correcto envasado y almacenaje.

Los principios básicos en que se fundamenta el programa de manejo de sustancias químicas

comprenden la minimización del acopio de las mismas, el empleo de envases seguros y el uso de

volúmenes pequeños; el conocimiento de las características, compatibilidades e

incompatibilidades, el uso de los elementos de seguridad y la eliminación correcta.

Al efectuar las compras, se necesita un control de inventario y un control de consumo, a fin de

evitar compras innecesarias y duplicadas (ya que muchos productos quedan sin usar,

envejeciéndose en armarios y estanterías, representando un riesgo).

Cuando por caso, se dejan de usar productos por diversos motivos y los mismos pasan a

convertirse en estorbos de los que hay que deshacerse, es muy conveniente redistribuir estos

productos ofreciéndolos a otras Áreas o Cátedras que los puedan necesitar. A este respecto, el

Área de Seguridad e Higiene puede colaborar en la tarea de difusión y ofrecimiento de los

productos químicos entre los posibles usuarios para poder “reubicar” el producto.

Cuando algún envase de producto químico esté perdiendo su etiqueta, proceder a

etiquetarlo como corresponde para que no se pierda su identidad. Si el envase ha perdido la

identificación, segregarlo y proceder a su identificación mediante análisis químico para el

descarte.

La identificación de una sustancia implica además del nombre y la fórmula, su

concentración y la fecha de preparación, fabricación y vencimiento. El origen de la sustancia,

proveedor y número de lote, son tres datos importantes a tener en cuenta.

Si hay incertidumbre en la calidad de una sustancia, no se conoce su vencimiento o se duda de lo

que es, se procederá a descartarlo según técnica.

37

Considerar como peligrosa toda sustancia química desconocida, degradada o vencida. Por ello

es tan importante numerar los envases, colocarles un código y poseer un Listado o Inventario de

las drogas.

Se hace hincapié que representa una falta grave descartar productos químicos, aún en sus envases

originales, a la basura común o dejarlos abandonados en los sectores destinados al acopio de los

residuos comunes o en la vía pública. Esta falta es pasible de sanciones disciplinarias.

¿Qué es un producto químico peligroso?

Producto químico peligroso es aquel que puede representar un riesgo para la seguridad y salud

de las personas o causar daños al medio ambiente, debido a sus propiedades fisicoquímicas,

químicas o toxicológicas y a la forma en que se utiliza o se halla presente.

¿Cuáles son los productos químicos peligrosos?

Los que se encuadran dentro de las clasificaciones siguientes a saber:

Según sus propiedades físicoquímicas:

Comburentes

Inflamables, extremadamente inflamables, etc.

Reactivos

Inestables, explosivos, etc.

Según sus propiedades toxicológicas y efectos específicos sobre la salud humana:

Muy tóxicos. Tóxicos.

Nocivos. Irritantes.

Corrosivos, cáusticos.

Narcóticos

Neumoconióticos (tóxicos pulmonares)

Sensibilizantes o alergénicos.

Carcinogénicos

Mutagénicos.

38

Teratogénicos (tóxicos para la reproducción)

Según sus efectos sobre el medio ambiente:

Contaminantes del suelo, el agua o el aire.

Pictogramas utilizados en la Unión Europea

 E O C F F+

  explosivo comburente corrosivofácilmente

inflamable

extremadamente

inflamable

         

 T T+

X

nXi N

  tóxico muy tóxico nocivo irritantepeligroso para el

medio ambiente

39

ANEXOS

40

CONCLUSIONES.

Una reacción química, cambio químico o fenómeno químico, es todo proceso termodinámico en

el cual una o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se

transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas

productos. Los reactantes pueden ser elementos o compuestos.

Las reacciones dadas en este Laboratorio, son ejemplos muy claros de casos que pueden pasar a

diario y que nosotros no analizamos, los pasamos por alto, sabiendo que en ellos podemos

aprender mucho sobre conceptos básicos de química.

Cualquier concepto sencillo es algo muy importante en la elaboración de este trabajo.

41

BIBLIOGRAFIA

1. http://www.colegiolosrosales.com/sp/ni.htm

2. http://patentados.com

3. http://invenia.es

4. http://monografías.com

5. “Manual de procesos químicos en la industria”. GEORGE T. AUSTIN. Editorial

McGraw-Hill Interamericana de México, 1993.

6. “Coque – Wikipedia, la enciclopedia libre” [en línea]

<http://es.wikipedia.org/wiki/Coque>” [Consulta: 3 de enero del 2008].

7. “Coque Metalúrgico” [en línea] <http://www.incar.csic.es/tecnologia/jamd/coque/coque

%20metalurgico.htm>” [Consulta: 3 de enero del 2008].

8. “Metalurgia extractiva Volumen II – Procesos de obtención”. JOSÉ SANCHO, LUIS FELIPE VERDEJA Y ANTONIO BALLESTER. Editorial Síntesis, 2000.

9. http://www.definicionabc.com/ciencia/reaccion-quimica.php

10. http://definicion.de/reaccion/