INTRODUCCIN A LA METALURIA
INTRODUCCIN A LA METALURGIA
METALURGIA DEL ALUMINIO
MINERAL DEL ALUMINIOBAUXITA
Es unaroca sedimentaria, que puede ser tanto blanda como dura,
compuesta porxidos de aluminio hidratados
Puede tener variados colores entre ellos rosado, rojo, crema,
caf, gris y amarillo.
Cuando es de color rojizo esto se debe axidos de hierro
La estructura tambin es variable pudiendo serporosa,
compacta
BAUXITA
Donde X puede ser un nmero entre 0 y 1.
PROCESO DEL MINERAL DE ALUMINIO
BAUXITA
ALUMINIO
Smbolo qumico: Al
Densidad: 2.70
Peso atmico 26.9815
Punto de fusin: 660C
El aluminio puro es blando y tiene poca resistencia mecnica,
pero puede formar aleaciones con otros elementos para aumentar su
resistencia y adquirir varias propiedades tiles.
Las aleaciones de aluminio son ligeras, fuertes, y de fcil
formacin para muchos procesos de metalistera
Son fciles de ensamblar, fundir o maquinar y aceptan gran
variedad de acabados.
Por sus propiedades fsicas, qumicas y metalrgicas, el aluminio
se ha convertido en el metal no ferroso de mayor uso
USOS
Su aplicacin en la construccin representa el mercado ms grande
de la industria del aluminio. Millares de casas emplean el aluminio
en puertas, cerraduras, ventanas, pantallas, boquillas y canales de
desage.
El aluminio es tambin uno de los productos ms importantes en la
construccin industrial.
El transporte constituye el segundo gran mercado. Muchos aviones
comerciales y militares estn hechos casi en su totalidad de
aluminio.
En los automviles, el aluminio aparece en interiores y
exteriores como molduras, parrillas, llantas (rines),
acondicionadores de aire, transmisiones automticas y algunos
radiadores, bloques de motor y paneles de carrocera.
USOS
En la industria aeroespacial, el aluminio tambin se encuentra en
motores de aeroplanos, estructuras, cubiertas y trenes de
aterrizaje e interiores; a menudo cerca de 80% del peso del avin es
de aluminio.
La industria de empaques para alimentos es un mercado en
crecimiento rpido.
LA BAUXITA (XIDO DE ALUMINIO)
Es una roca sedimentaria de origen qumico compuesta
mayoritariamente por almina (Al2O3) y, en menor medida, xido de
hierro y slice.
Es la principal fuente de aluminio utilizada por la
industria.
Es un residuo producido por la meteorizacin de las rocas gneas
en condiciones geomorfolgicas y climticas favorables.
Nombrado por Les Baux, Provenza, Francia, donde ha sido
descubierto por gelogo Pierre Berthier en 1921.
MINERA
Es la principalmenadel aluminio utilizada por la industria.
Entre el 85 y 95% de la bauxita extrada por la minera es usada
en la produccin dealuminio
Entre los principales pases donde se extrae la bauxita
estnBrasil,Jamaica, Australia
El contenido de hierro en las bauxitas eleva el costo de
produccin de aluminio por lo que las bauxitas con mucho hierro no
son deseables para producir aluminio.
PROCESO DE PRODUCCIN
La industria emplea el proceso Bayer para producir almina a
partir de labauxita
La almina es vital para la produccin de aluminio (se requieren
aproximadamente dostoneladasde almina para producir una tonelada de
aluminio).
PROCESO DE PRODUCCIN
El proceso Bayeres el principal mtodo industrial para producir
almina a partir de bauxita.
Inventado por el austriaco Karl Bayer en 1889 y basado en la
disolucin de la bauxita con hidrxido sdico.
DETALLES DEL PROCESO (PASO 1)
Se tritura la bauxita y luego se lava con una solucin caliente
de hidrxido sdico (sosa):NaOH.
La sosa disuelve los minerales de aluminio pero no los otros
componentes de la bauxita, que permanecen slidos.
Las reacciones qumicas que ocurren en esta etapa, llamada
"digestin" son las siguientes:Al(OH)3 +OH- + Na* Al(OH)4- +
Na*AlO(OH)2 +OH- +H2O + Na* Al(OH)4- + Na*
DETALLES DEL PROCESO (PASO 2)
La solucin de Al(OH)4-, ya libre de impurezas,se precipita de
forma controlada para formarhidrxido de aluminio puro.
Para favorecer la cristalizacin se opera a baja temperatura y se
"siembra" la solucin con partculas de hidrxido de aluminio:
Al(OH)4- + Na* Al(OH)3 +OH- + Na*
La solucin de sosa libre de aluminio se concentra en unos
evaporadores y se recicla al comienzo del proceso.
DETALLES DEL PROCESO (PASO 3)
El hidrxido se calienta a unos 1050C, en una operacin llamada
"calcinacin", para convertirlo en almina, liberando vapor de agua
al mismo tiempo:2Al(OH)3 Al2O3 +3H2O
La almina obtenida se utiliza principalmente para producir
aluminio mediante electrlisis.
DETALLES DEL PROCESO (PASO 3)
El hidrxido se calienta a unos 1050C, enuna operacin llamada
"calcinacin",para convertirlo en almina, liberando vapor de agua al
mismo tiempo:2Al(OH)3 Al2O3 +3H2O
La almina obtenida se utiliza principalmente para producir
aluminio mediante electrlisis.
PROCESO DE PRODUCCIN
Primera fase (proceso Bayer): Bauxita --> Almina.Para extraer
el aluminio se parte de la bauxita, la cual contiene entre un 30 y
un 54% de aluminio.- Se tritura la bauxita, se le aade una
disolucin caliente de soda custica, la sosa arrastra con ella los
componentes que constituyen el aluminio.
- Se decanta la disolucin, con esta decantacin lo que hacemos es
dejar pasar solo a la soda con los componentes del aluminio.- La
solucin resultante seprecipita, separando la soda castica del
hidrxido de aluminio.
- Finalmente el hidrxido de aluminio se calcina dando lugar a la
almina.
PROCESO DE PRODUCCIN
2.- Segunda fase (electrolisis):Almina --> Aluminio.- En esta
fase lo que se consigue es separar la Almina en aluminio y CO2, a
travs de laelectrolisis.- Laelectrolisises un proceso mediante el
cual se hace pasar gran cantidad de energa a travs de un material
para separar sus componentes.- Una vez que tenemos la Almina, la
disolvemos con Criolita, para disminuir su punto de fusin; esta
mezcla se introduce en una cubeta, donde se le hace pasar la
corriente.- Cuando ya se he hecho pasar la corriente, en el ctodo
tenemos elaluminio, y en el nodo el CO2.
ELMTODO BAYER
La bauxita se transporta desde la mina al lugar de transformacin
.
2.Se tritura y muele hasta que queda pulverizada.
3.Se almacena en silos hasta que se vaya a consumir.
4.En un mezclador se introduce bauxita en polvo, soda custica,
cal y agua caliente. Todo ello hace que la bauxita se disuelva en
la soda.
5.En el decantador se separan los residuos (xidos que se hallan
en estado slido y no fueron atacados por la soda).
6.En el intercambiador de calor se enfra la disolucin y se le
aade agua.
ELMTODO BAYER
7.En la cuba de precipitacin, la almina se precipita en el fondo
de la cuba.
8.Un filtro permite separar la almina de la sosa.
9.La almina se calienta a unos 1200 C en un horno, para eliminar
por completo la humedad.
10.En el refrigerador se enfra la almina hasta la temperatura
ambiente.
11.Para obtener aluminio a travs de la almina, sta se disuelve
en criolita fundida (que protege al bao de la oxidacin), a una
temperatura de unos 1000 C, y se la somete a un proceso de
electrlisis que descompone el material en aluminio y oxgeno.
ALEACIONES DE ALUMINIO
Aluminio + cobre (Duraluminio o bronce de aluminio):Se usa en
bases de sartenes, llantas de coches, bicicletas, etc.
Aluminio + magnesio:Se emplea mayoritariamente en aeronutica y
en automocin.
Aluminio + cobre + silicio:Ideal para obtener piezas de moldeo
por inyeccin.
Aluminio + nquel + cobalto (Alnico):Con esta aleacin se fabrican
potentes imanes permanentes.
Las formas usualmente empleadas en la comercializacin del
aluminio son: alambres de diferentes dimetros, chapas, perfiles y
barras de diferentes secciones.
PROCESO DE PRODUCCIN
En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y
disuelta en sosa custica (hidrxido de sodio) a altapresin y
temperatura
El lquido resultante contiene una solucin de aluminato de sodio
y residuos debauxitaque contienenhierro,silicio, ytitanio.
Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del
tanque y luego son eliminados.
Se los conoce comnmente como "barro rojo".
PROCESO DE PRODUCCIN
La solucin de aluminato de sodio clarificada es bombeada dentro
de un enorme tanque
Se aaden finas partculas de almina con el fin de inducir la
precipitacin de partculas de almina puras (proceso de siembra), una
vez que el lquido se enfra.
Las partculas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y
luego son sometidas a 1100C en unhornoo calcinador, a fin de
eliminar el aguaque contienen, producto de lacristalizacin.
El resultado es un polvo blanco, almina pura.
La sosa custica es devuelta al comienzo del proceso y usada
nuevamente.
El aluminio y sus aleaciones
Clasificacin por su proceso:
Aluminios forjados
Aluminios fundidos
Clasificacin por su estado:
F: Estado bruto. Es el material tal como sale del proceso de
fabricacin.
O: Recocido. Se aplica a materiales ya sea de forja como de
fundicin quehan sufrido un recocido completo.
T: Solucin tratada trmicamente. Se aplica a materiales que
despus derecibir un tratamiento trmico quedan con una estructura
inestable y sufrenenvejecimiento natural.
H: Estado de Acritud. Viene con materiales a los que se ha
realizado unendurecimiento por deformacin.
El aluminio y sus aleaciones
T: Denomina a materialesque has sido endurecidos por tratamiento
trmico con o sin endurecimientopor deformacin posterior.
T1: Enfriado desde un proceso de fabricacin realizado a una
elevadatemperatura y envejecido de forma natural.
T2:Enfriado desde un proceso de fabricacin realizado a una alta
temperatura,trabajado en fro y envejecido de forma natural.
T3:Solucin tratada trmicamente, trabajada en fro y envejecida
hastaalcanzar una condicin estable.
T4:Solucin tratada trmicamente y envejecida hasta alcanzar
unacondicin estable. Es un tratamiento similar a T3 pero sin el
trabajo en fro.
T5:Enfriado desde un proceso de fabricacin a alta temperatura y
envejecidaartificialmente.
El aluminio y sus aleaciones
T6:Solucin tratada trmicamente y envejecida artificialmente. Son
designadosde esta forma los productos que despus de un proceso de
conformado a altatemperatura (moldeo o extrusin) no son endurecidos
en fro sino que sufren unenvejecimiento artificial.
T7:Solucin tratada trmicamente y sobreenvejecida para su
completaestabilizacin.
T8:Trmicamente tratada por disolucin, trabajada en fro y
envejecidaartificialmente.
T9:Solucin tratada trmicamente, envejecida artificialmente y
trabajada en fro.
T10:Enfriado desde un proceso de fabricacin realizado a una
elevadatemperatura, trabajado en fro y envejecido artificialmente
hasta una condicinsustancialmente estable.
Las aleaciones de aluminio (tanto las forjadas como las
moldeadas) se clasificanen funcin del elemento aleante usado (al
menos el que est en mayor proporcin). Los elementos aleantes ms
usados son:
Series de aluminios segn sus aleantes
Serie:2xxx.
En estas aleaciones el principal elemento aleante es el Cu, pero
a vecesse le aade Mg.
Las caractersticas de esta serie son: buena relacin dureza-peso
y mala resistencia a la corrosin.
Serie de aluminio segn sus aleantes
Serie 3xxx
El principal elemento aleante es el Mn.
Estasaleaciones tan solo tienen un 20% ms de dureza que el
aluminio puro. Eso esporque el Mn solo puede aadirse de forma
efectiva en solo un 1.5%.
Los aluminios 3003,3004 y 3105 son muy usados para fabricar
utensilios que necesiten dureza media como son utensilios de
cocina, intecambiadores de calor, mobiliario, seales detrfico,
tejados y otras aplicaciones arquitectnicas.
Serie de aluminio segn sus aleantes
Serie 4xxx.
El principal elemento aleante es el Si que suele aadirse
encantidades medianamente elevadas (por encima del 12%) para
conseguir unabajada del rango de fusin de la aleacin.
El objetivo es conseguir una aleacin que funda a una temperatura
ms baja que el resto de la aleacin de Al.
Estas aleaciones en principio no sontratables trmicamente pero
si son usadas en soldadura parasoldar otraaleaciones que son
tratables trmicamente
Serie de aluminio segn sus aleantes
Serie 5xxx.
Esta serie usa como principal elemento aleante el Mg y a veces
tambin seaaden pequeas cantidades de Mn cuyo objetivo es el de
endurecer el aluminio
El Mg es un elemento que endurece ms el aluminio que elMn (un
0.8 de Mg produce el mismo efecto que un 1.25 de Mn) y ademsse
puede aadir ms cantidad de Mg que de Mn.
Se usan para adornosdecorativos, hornamentles y arquitectnicos,
en el hogar, iluminacin de las calles y carreteras, botes, barcos y
tanques criognicos, partes de puentes gra yestructuras de
automviles.
Serie de aluminio segn sus aleantes
Serie 6xxx.
Se usan como elementos aleantes el Mg y el Si enproporciones
adecuadas para que se forme el Mg2Si. Esta aleacin es tratable
termicamente.
Son menos resistentes que el resto de aleaciones
Buenas caractersticas de formabilidad, soldabilidad, maquinables
y resistentes a la corrosin: perfiles, aviacin, etc
ESTAO
Punto de fusin de 232 C
Punto de ebullicin 2.260 C
Densidad relativa de 7,28.
Es muy dctil y maleable a 100 C y es atacado por los cidos
fuertes.
Es un metal blanco plateado, pero a temperaturas por debajo de
los 13 C se transforma a menudo en una forma alotrpica conocida
como estao gris, que es un polvo amorfo decolorgrisceo con
unadensidadrelativa de 5,75
El mineral principal del estao es la casiterita (o estao
vidrioso), SnO2
USOS
Es un metal muy utilizado en forma de hojalata, como capa
protectora para recipientes de cobre
Es importante en lasaleacionescomunes de bronce (estao y cobre),
en lasoldadura(estao y plomo) y en el metal de imprenta(estao,
plomo y antimonio)
Tambin se usa aleado con titanio en laindustria aerospacial, y
como ingrediente de algunos insecticidas.
El sulfuro de estao conocido tambin comooromusivo, se usa en
forma de polvo para broncear artculos demadera
Recubrimiento de envases deaceropara conservar alimentos y
bebidas, soldadura, bronces, peltres y aleaciones industriales
diversas.
Losproductosqumicos de estao, tanto inorgnicos como orgnicos, se
utilizan mucho en la galvanoplastia, cermica y plsticos.
PROCESO DE OBTENCIN
La casiterita tiene poco porcentaje de estao puro, por lo cual
antes de obtenerlo es necesario concentrarlo lavndolo y triturndolo
con el fin de separar las impurezasSe divide en tres fases:
a) ENRIQUECIMIENTO Y TOSTACIN: se obtiene un mineral con un 70 %
de SnO2 aproximadamente
Esteprocesotiene el fin el fin de eliminar los sulfuros
SnO2 + C - Sn + CO
PROCESO DE OBTENCIN
b) REDUCCIN:
Tiene lugar en el horno reverbero en el cual se funde el estao,
utilizando antracita, a unos 1000 o 1200 C y se obtiene estao
fundido sobre el que frota la escoria.
c)AFINO:
Este proceso es de tipo qumico, se lleva a cabo en
unacubaelectroltica.
El nodo est formado por planchas de estao bruto y el ctodo por
lminas de estao puro.
Se hace reaccionar mediante esto las impurezas que acompaan al
metal.
Se obtiene un estao del 99 100%
ELPROCESO DE OBTENCINDEL ESTAO
La casiterita se tritura (1) y muele (2) en molinos
adecuados.
Se introduce en una cuba con agua (3), en la que se agita. Por
decantacin, el mineral de estao (que es ms pesado) se va al fondo y
se separa de la ganga.
Posteriormente se introduce en un horno (4), donde se oxidan los
posibles sulfuros de estao que hay en el mineral y se transforman
en xidos.
La mena de estao, en forma de xido, se introduce en un horno de
reverbero (5), donde se produce la reduccin (transformacin de xido
de estao a estao), depositndose el estao en la parte inferior y la
escoria en la superior.
Finalmente, para obtener un estao con porcentaje del 99 %, es
necesario someterlo a un proceso electroltico (6).
ESTAADO ELECTROLTICO
Es un mtodo de galvanizacin.
Es el procesode crear una reaccin qumica que colocar una capa
delgada de un metal sobre una base de otro metal.
En el caso del estaado electroltico, elmetal base es
generalmente de acero, mientras que el revestimiento de metal es el
estao.
Este proceso tiene ms de 200 aos de antigedad, pero ha sido
mejorado con el tiempo, de modo que galvanizar se ha convertido en
una ciencia exacta, ms que una forma de arte.
ESTAADO ELECTROLTICO
El proceso de estaado consiste en la electro-deposicin de estao
metlico sobre una superficie que puede ser metlica o no metlica, la
gran importancia de estos recubrimientos reside en su capacidad de
resistencia a los agentes atmosfricos, al agua y a diversas
soluciones salinas y ligeramente cidas.
PROCESO PARA EL ESTAADO
Elmetal basetiene que ser cuidadosamente preparado.
Debe ser limpiado y desengrasado de impurezas antes de queel
procesode estaado electroltico comience.
Un bao de electrolito es preparado con una gran concentracin de
iones positivos de estao flotando en ella.
Los electrodos dentro del bao entregan una carga elctrica
cuandoel procesode estaado est listo para comenzar.
Una vez que toda lalimpiezay el pulido del material de la base
est completo, debe de estar dando una carga negativa y luego
hundirse en el bao.
PROCESO PARA EL ESTAADO
Dado que elmetal basetiene una carga negativa y los iones de
estao en el bao tiene una carga positiva, las dos se atraern
magnticamente la una a la otra.
Los iones de estao atraern almetal basey cuando hagan contacto
con los iones revertirn su estado metlico y sern unidos al
metal.
PROCESO PARA EL ESTAADO
Entre ms y ms iones de estao se adhieran almetal base, se formar
un recubrimiento sobre l.
Cuanto ms tiempo elmetal basese deje sumergido en el bao, ms
grueso ser el revestimiento de estao sobre su superficie.
Una vez que sea retirado del bao,el procesode estaado
electroltico est completo.
