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.