ing del procesamiento de materiales- mendez

8/20/2019 Ing Del Procesamiento de Materiales- Mendez

1/324


2/324

INGENIERÍA DEL

PROCESAMIENTODE MATERIALES


3/324

DIRECTORIO

DR. JOSÉ ENRIQUE VILLA RIVERA

Director General

DR. EFRÉN PARADA ARIASSecretario General

DRA. YOLOXÓCHITL BUSTAMANTE DÍEZSecretaria Académica

DR. JOSÉ MADRID FLORES

Secretario de Extensión e Integración SocialDR. LUIS HUMBERTO FABILA CASTILLO

Secretario de Investigación y Posgrado

DR. HÉCTOR MARTÍNEZ CASTUERASecretario de Servicios Educativos

DR. MARIO ALBERTO RODRÍGUEZ CASASSecretario de Administración

LIC. LUIS ANTONIO RÍOS CÁRDENASSecretario Técnico

ING. LUIS EDUARDO ZEDILLO PONCE DE LEÓNSecretario Ejecutivo de la Comisión de Operación

y Fomento de Actividades Académicas

ING. JESÚS ORTIZ GUTIÉRREZ

Secretario Ejecutivo del Patronato de Obras e InstalacionesING. JULIO DI-BELLA ROLDÁNDirector de XE-IPN TV Canal 11

LIC. LUIS ALBERTO CORTÉS ORTIZAbogado General

LIC. ARTURO SALCIDO BELTRÁNDirector de Publicaciones


4/324

INGENIERÍA DEL

PROCESAMIENTODE MATERIALES

J C C M G

D J V

M P E G N

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

– M –


5/324

Ingeniería del procesamiento de materiales

Primera edición: 2007

D.R. © 2007 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALDirección de Publicaciones Tresguerras 27, 06070, México, DF.

ISBN: 970-93431-2-2FIPN: 2007-114

Impreso en México / Printed in Mexico


6/324

El presente libro es la conclusión del análisis de la información recopiladadurante varios años de práctica académica, fue posible gracias a la partici-

pación de nuestros alumnos y compañeros; es producto del Proyecto deInvestigación CGPI 20010729, que forma parte del Programa de Investiga-ción denominado “Vinculación de los Procesos de Manufactura en el SectorIndustrial.”

A


7/324


8/324

José Claudio Cenobio Méndez García

Ingeniero Metalúrgico ESIQIE-IPN, Maestrías en Administración de EmpresasEGA-ITEMS y Enseñanza Superior ENEP-Aragón UNAM. Especializado en controlestadístico de proceso. Proyectos de inversión y en fabricación de aleacionesespeciales de aluminio en Alemania y en moldeo de piezas metálicas en Japón.Profesor Investigador y Becario por exclusividad de COFAA y EDD. Ha sido

funcionario en empresas manufactureras y de la Industria Minera. También esasesor de diversas empresas privadas.

David Jaramillo Vigueras

Ingeniero Metalúrgico ESIQIE-IPN. Cursó estudios Doctorales en Metalurgia en

el Instituto Tecnológico de Nuevo México, en donde obtuvo el premioLANG

-MUIR a la mejor investigación. Profesor de tiempo completo en el IPN, Miembrodel Sistema Nacional de Investigadores desde 1987, nivel actual: II. Asesor dediversas empresas privadas, fundador del Centro de Procesos Metalúrgicose Ingeniería de Materiales de ESIQIE, distinguido con el Diploma a la Investi-gación y Dirección de la mejor Tesis de Doctorado en Ingeniería del IPN, In-

vestigador del año por la Sociedad Mexicana de Fundidores y Premio Hilario Araiza Dávila por su trayectoria en Investigación. Actualmente es Director del

D


9/324

I

Centro de Investigación e Innovación Tecnológica del Instituto PolitécnicoNacional.

María del Pilar Eréndira García Nieto

Licenciada en Ciencias y Técnicas de la Información de la UIA, Maestra enEnseñanza Superior de la ENEP-Aragón UNAM, Profesora de la Academia deHumanidades de la UPIICSA impartiendo las asignaturas de Comunicación Pro-fesional. Becaria por exclusividad de COFAA y de estímulo al desempeño do-cente.


10/324

CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS ................................................................................7

DE LOS AUTORES ........................................................................................9INTRODUCCIÓN........................................................................................13

Procesos de manufactura y su clasificación

1.1. SISTEMAS DE MANUFACTURA ........................................... 171.2. BENEFICIO DE LOS MINERALES ........................................ 24

1.3. TRANSFORMACIÓN DE MINERALES EN METALES .... 361.4. OBTENCIÓN DEL ACERO ...................................................... 561.5. CONFORMADO DE METALES .............................................. 77

E R P

2.1. EXTRACCIÓN .............................................................................. 882.2. REFINADO ..................................................................................... 101

2.3. PROCESOS QUÍMICOS EN LA INDUSTRIA DE LA REFINACIÓN .................................................................. 104

S M M

3.1. MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA CAM (por sus siglas en inglés) ....................................... 1193.2. MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADORA

CIM (por sus siglas en inglés) ........................................ 1383.3. SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE ....................... 155

P C P

4.1. TIPOS DE PRODUCCIÓN ...................................................... 175


11/324

I

U

5.1. BIOGRAFÍA DE SHIGEO SHINGO ...................................... 193

5.2. POKA-YOKE .................................................................................. 2015.3. HERRAMIENTAS DE MEJORA CONTINUA .................... 2265.4. CAMBIOS RÁPIDOS DE HERRAMIENTAS ....................... 229

K P M C

6.1. FUNDAMENTOS DE KANBAN ............................................. 241

6.2. LA FILOSOFÍA JUSTO A TIEMPO ........................................ 264

A

7.1. ORGANIZACIÓN PARA EL ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD ......................................................................... 2957.2. SISTEMA DE CALIDAD ISO 9000:2001 .............................. 297

7.3. INGENIERÍA DE MANUFACTURA ..................................... 3047.4. MANUFACTURA DE CLASE MUNDIAL ............................ 306

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................... 325


12/324

INTRODUCCIÓN

Rápidamente eche un vistazo a su alrededor. ¿Qué fue lo que vio?, ¿una es-tructura de acero?, ¿una pared construida con ladrillo o pintada?, ¿quizás una

ventana con vidrios y cortinas de nylon o persianas?, ¿un cuadro de una pin-tura al óleo sobre la pared?, ¿sillas de madera o metal cubiertas con plástico? ofíjese en su ropa. ¿De qué bras están hechas o qué tipo de pintura produjo sus

colores?, ¿con qué tipo de jabón o detergente fueron lavados?, ¿son las suelasde sus zapatos de plástico inyectado?, ¿quizás usa tenis de bras sintéticas y

amortiguadores de gel?

Y en el hogar y las calles, cómo se fabricaron: su maquillaje, su desodorante osu perfume, los alimentos, las bebidas, los medicamentos, las computadoras,los automóviles, los equipos electrónicos y el pavimento de la calle.

Tan pronto como usted realiza esta observación se percata de que, práctica-

mente todo lo visto, está constituido por materiales o productos de algunaindustria.

A propósito, su cuerpo es también un impresionante reactor químico. Es tancomplejo, que nuevas disciplinas han surgido para empezar a aprender y a en-tender los secretos de las muchas, extrañas y maravillosas cosas que ocurrendentro de él.


13/324

I

De estas observaciones, nos resulta sorprendente que la ingeniería haya venidoganando importancia en nuestra vida diaria y en el desarrollo de los materialesque la hacen más placentera y funcional.

Por otro lado, la ciencia e ingeniería de materiales es el término usado paradescribir la rama general de la ingeniería que involucra a los materiales. Suestudio constituye una verdadera mezcla de estudios cientícos y prácticas de

ingeniería fundamentales. Ha crecido para incluir contribuciones de diversoscampos tradicionales de la ingeniería, entre otros: la metalurgia, ingenieríade cerámicos, química de polímeros, física y química del estado sólido, además deconocimientos en las ciencias exactas: matemáticas, física y química.

En lo que respecta al área de materiales, se puede establecer que su surgimien-to, en general, se ha constituido como un factor en el desarrollo global de lospaíses, y ha sido claramente denido durante la década de 1980. Los avances

logrados en la compresión de la física y química básica de los materiales hanpermitido la mejor utilización y control de sus propiedades. Asimismo, estosconocimientos han conducido al desarrollo de un gran número de procesos y

materiales con mejores propiedades especícas. Los ejemplos que se puedendar a este respecto son numerosos, contando entre ellos, a los materiales com-puestos, los cerámicos electrónicos y estructurales, la bra óptica, los semicon-ductores y los superconductores. Los avances en el desarrollo de los materialesse reeja en progresos en áreas como la comunicación, la computación, la

electrónica y la biotecnología entre otros.

Dentro del estudio de los materiales que se están proponiendo en esta obrainiciaremos con la clasicación de los procesos de manufactura, desde su ex-tracción, transformación y conformado a bienes de consumo, tomando comoejemplos dos materiales básicos: el acero y el petróleo. Se han tomado como basepor ser los que producen mayor actividad económica.

En el caso del acero, es bien sabido que éste mueve a las industrias del trans-porte, debido a la fabricación de barcos, trenes y automóviles, la de construcción,

con la producción de estructuras, varilla, alambrón y otros, haciendo que las


14/324

I

empresas cementeras generen actividad; la de los electrodomésticos, en la pro-ducción de bienes para el hogar.

El petróleo por su parte es otro motor económico que mueve a muchas otrasempresas, tales como las de explotación, renación y derivado de innidad

de productos para las industriales química, farmacéutica, de plásticos, textiles,fertilizantes, etcétera.

Asimismo se contemplan procesos en los que se utiliza equipo con tecnologíaen benecio de la manufactura.

Enseguida se tratan temas acerca del control de la producción, la optimizaciónde los procesos a través de técnicas en las que el ingrediente principal es elsentido común, mostrando al lector la importancia de que los cambios debenhacerse en forma ordenada y sistemática, con ello se lograrán procesos de pro-ducción ecientes, encaminados al incremento de la productividad.


15/324


16/324

1.1. SISTEMAS DE MANUFACTURA

Las tendencias mundiales están desplazando los sistemas de manufactura tra-dicional hacia la fabricación de productos de mayor calidad, a mantener inven-tarios al mínimo nivel, a usar líneas de producción flexibles, a automatizar losproductos y a utilizar estratégicamente la información.

Las compañías han invertido en tecnología y revisado las formas de admi-nistrar sus negocios como respuesta a los cambios del mercado. En algunasindustrias los robots han resultado ser más baratos y mejores que los sereshumanos. Otras industrias están tratando de conjuntar las operaciones de ma-nufactura para que sean totalmente automáticas y que el personal se encarguesólo de dar mantenimiento y servicio. Así como en el área de manufacturahan aparecido tecnologías y herramientas que han propiciado el desarrollo desistemas de manufactura flexible, así también en el área administrativa se handiseñado diferentes tecnologías y herramientas que propician la optimizaciónde la empresa.

Existen varios mecanismos a través de los cuales se analizan los costos y seestablecen los planes de acción para la mejora. Uno de los más utilizados es elde formación de comités o grupos. Entre las principales ventajas que ofrece un

sistema de administración de costos están:

P


17/324

I

Poner en evidencia los costos que no agregan valor.Identificar los procesos caros o poco eficientes.Permitir auditar inversiones de capital.

Mejorar la actuación en la toma de decisiones.Permitir utilizar un sistema de costos a un nivel estratégico.

Los indicios más comunes de un sistema de costos, son los siguientes:

En relación con el rendimiento.En relación con la competencia.En relación con las decisiones sobre precios de productos.En relación con los inventarios.En relación con los costos.En relación con los usuarios.

EN RELACIÓN CON LOS CAMBIOS

Una de las principales tecnologías que responden a este nuevo sistema de cos-tos para incrementar la compatibilidad de las empresas es el costeo basado enactividades, herramienta que facilita el proceso de toma de decisiones, así comoel diseño de estrategias de las empresas, al ofrecer información más exacta yconfiable sobre los costos que los otros sistemas de información tradicionales,donde el método de asignación de los costos indirectos es totalmente arbitrario.Uno de los principales problemas para determinar el costo de los productos enlos sistemas de costeo tradicionales es el de la asignación a los productos de losgastos indirectos de fabricación, venta y administración. Se consideran gastos deperiodo y no costos del producto.

Muchas empresas implantan programas con la finalidad de contrarrestar losproblemas de liquidez y rentabilidad debido a la competencia, entre estos sepuede hacer mención de:

Controles presupuestales muy estrictos.

•••

••

••••••

•


18/324

P

Restricciones en el uso de recursos de la organización.Disminución de posiciones.Disminución de personal en forma generalizada.

Para lograr la mejora de una organización es indispensable contar con infor-mación de las actividades realizadas y el costo de las mismas, lo cual permiteefectuar un análisis para establecer prioridades en los esfuerzos a realizar. Elcosteo con base en actividades mediante sus costos generadores ayuda a iden-tificar oportunidades de mejora.

La administración con base en actividades tiene dos objetivos principales:

Incrementar el valor agregado al cliente.Incrementar las utilidades de la empresa a través del valor agregado quese le proporciona al cliente.

FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA

I

Es la ciencia que estudia los procesos de conformado y fabricación de compo-nentes mecánicos con la adecuada precisión dimensional, así como de la ma-quinaria, herramientas y demás equipos necesarios para llevar a cabo la realiza-ción física de tales procesos, su automatización, planificación y verificación.

La ingeniería de manufactura es una función que lleva a cabo el personal técnico, yestá relacionado con la planeación de los procesos de manufactura para la produc-ción económica de productos de alta calidad. Su función principal es preparar latransición del producto desde las especificaciones de diseño hasta la manufacturade un producto físico. Su propósito general es optimizar la manufactura dentro dela empresa determinada. El ámbito de la ingeniería de manufactura incluye muchasactividades y responsabilidades que dependen del tipo de operaciones de produc-ción que realiza la organización particular. Entre las actividades usuales están las

siguientes:

•••

a)b)


19/324

I

Planeación de los procesos.Solución de problemas y mejoramiento continuo.Diseño para capacidad de manufactura.

La plantación de procesos implica determinar los procesos de manufacturamás adecuados y el orden en el cual deben realizarse para producir una parteo producto determinado, que se especifican en la ingeniería de diseño. El plande procesos debe desarrollarse dentro de las limitaciones impuestas por elequipo de procesamiento disponible y la capacidad productiva de la fábrica.

P

Tradicionalmente, la planeación de procesos la llevan a cabo ingenieros en ma-nufactura que conocen los procesos particulares que se usan en la fábrica y soncapaces de leer dibujos de ingeniería con base en su conocimiento, capacidady experiencia. Desarrollan los pasos de procesamiento que se requieren en lasecuencia más lógica para hacer cada parte. A continuación se mencionan algu-nos detalles y decisiones requeridas en la plantación de procesos.

Procesos y secuencias.Selección del equipo.Herramientas, matrices, moldes, soporte y medidores.Herramientas de corte y condiciones de corte para las operaciones demaquinado.Métodos.Estándares de trabajo.Estimación de los costos de producción.Estimación de materiales.Distribución de planta y diseño de instalaciones.

Procesos para partes

Los procesos necesarios para manufactura se determinan en gran medida por

el material con que se fabrica la parte. El diseñador del producto selecciona

1.2.3.

••••

•••••


20/324

P

el material con base en los requerimientos funcionales. Una vez seleccionado elmaterial, la elección de los procesos posibles se delimita considerablemente.En este análisis de los materiales para ingeniería proporcionamos guías para el

procesamiento de cuatro grupos:

Metales.Cerámicos.Polímetros.Materiales compuestos.

Una típica secuencia de procesamiento para fabricar una parte separada con-siste en:

Materia prima inicial.Procesos básicos.Procesos secundarios.Procesos para el mejoramiento de las propiedades.Operaciones de acabado.

Un proceso básico establece la geometría inicial de la parte. Entre ellos estánel colocado de metales, el forjado y el laminado de chapas metálicas. En lamayoría de los casos, la geometría inicial debe refinarse mediante una seriede procesos secundarios. Estas operaciones transforman la forma básica enla geometría final. Hay una correlación entre los procesos secundarios quepueden usarse y el proceso básico que proporciona la forma inicial. La selec-ción de ciertos procesos básicos reduce la necesidad de procesos secundarios.Gracias a que con el modelo se obtienen características geométricas detalladasde dimensiones precisas.

Después de operaciones de formado, por lo general se hacen operaciones paramejorar las propiedades, incluyen el tratamiento térmico en componentes me-tálicos y cristalería. En muchos casos, las partes no requieren estos pasos demejoramiento de propiedades en su secuencia de procesamiento. Las opera-

ciones de acabado son las últimas de la secuencia; por lo general proporciona

••••

•••••


21/324

I

un recubrimiento en la superficie de la parte de trabajo (o ensamble). Entreestos procesos están el electro deposición y la pintura.

DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS PROCESOSDE MANUFACTURA

El punto de partida de los procesos de manufactura moderna puede acreditar-se a Eli Whitney, con su máquina despepitadora de algodón, sus principios defabricación intercambiables o su máquina fresadora. Sucesos llevados a caboen la década de 1880; también en esta época aparecieron otros procesos in-

dustriales como consecuencia de la Guerra Civil en los Estados Unidos queproporcionó un nuevo impulso al desarrollo de procesos de manufactura deaquel país.

El origen de la experimentación y análisis en los procesos de manufacturase acreditaron en gran medida a Fred W. Taylor quien un siglo después de

Whitney publicó los resultados de sus trabajos sobre el labrado de los metalesaportando una base científica para hacerlo.

El contemporáneo Mirón L. Begeman y otros investigadores o laboratoristaslograron nuevos avances en las técnicas de fabricación, estudios que se hanaprovechado en la industria.

El conocimiento de los principios y la aplicación de los servomecanismos le- vas, electricidad, electrónica y las computadoras hoy día permiten al hombre la

producción de las máquinas.

CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA

De acuerdo con esta definición y a la vista de las tendencias y estado actual dela fabricación mecánica y de las posibles actividades que puede desarrollar elfuturo ingeniero en el ejercicio de la profesión, los contenidos de la disciplina

podrían agruparse en las siguientes áreas temáticas:


22/324

P

Procesos de conformación sin eliminación de material.Por fundición.Por deformación.

Procesos de conformación con eliminación de material.Por arranque de material en forma de viruta.Por abrasión.Procesos de conformado de polímeros y derivados.Plásticos.Materiales compuestos.Procesos de conformación por unión de partes.Por sinterización.Por soldadura.Procesos de medición y verificación dimensional.

Tolerancias y ajustes.Medición dimensional.

Automatización de los procesos de fabricación y verificación.Control numérico.Robots industriales.

Sistemas de fabricación flexible.

Las propiedades y tecnologías de los materiales son aquellas que definen elcomportamiento de un material frente a diversos métodos de trabajo y a deter-minadas aplicaciones. Existen varias propiedades que entran en esta categoría,destacándose la templabilidad, la soldabilidad y la dureza entre otras.

De manera general los procesos de manufactura se clasifican en cinco grupos:

Procesos que cambian la forma del material. Ejemplos: metalurgia ex-tractiva, fundición, forja, laminado, repujado prensado.Procesos que provocan desprendimiento de viruta por medio de má-quinas.

Ejemplos: métodos de maquinado convencional, métodos de maquinado es-

pecial.

•••

•••••••••••••••

•

•

•


23/324

I

Procesos que cambian las superficies. Ejemplos: con desprendimientode viruta, por pulido, por recubrimiento.Procesos para el ensamblado de materiales. Ejemplos: uniones perma-

nentes, uniones temporales.Procesos para cambiar las propiedades físicas. Ejemplos: temple depiezas, temple superficial.

1.2. BENEFICIO DE LOS MINERALES

En la búsqueda de piedras útiles para la fabricación de sus primeras herra-mientas, seguramente el hombre encontró algunos terrones de cobre y de oromaleables, ya que la naturaleza suele proveerlos de esta manera.

Los objetos metálicos más antiguos conformados artificialmente de los quese tiene noticia son unas cuentas de cobre encontradas en el norte de Irak; secalcula como fecha probable de su manufactura entre el octavo y noveno mi-lenio a.n.e. Al parecer, estas piezas son de cobre natural y fueron conformadasmediante martillo y yunque.

También se tiene información de que en la región de los Grandes Lagos enEstados Unidos los nativos utilizaron cobre natural alrededor del segundo mi-lenio a.n.e. Por otra parte, existen evidencias de que el hombre manipuló com-puestos metálicos con mucha anterioridad a las fechas mencionadas.

En la actualidad podemos explicar con bastante claridad cómo ocurrió esto. Enla naturaleza, la mayoría de los metales aparecen abundantemente sólo en for-ma de compuestos minerales, tales como óxidos, carbonatos, sulfatos; es decir,resulta muy escaso el metal puro, al cual llamaremos natural.

En general, estos compuestos no poseen la maleabilidad del metal natural:son de distinta densidad y de colores más llamativos, por lo que indudable-

mente despertaron la curiosidad del hombre primitivo.

•

•

•


24/324

P

Para separar el metal del mineral se requiere de temperaturas muy elevadas queno son fáciles de obtener directamente al fuego, mientras que el cocido del ba-rro en las alfarerías se efectúa en hornos que tienen el fuego confinado, donde

se alcanzan temperaturas un poco mayores que resultan ser lo suficientementeelevadas para trabajar los óxidos, aunque no lo son para fundir el cobre.

De hecho, aún en la actualidad no es clara la manera en que el hombre empezóa servirse de los metales. Indudablemente el paso crucial fue el descubrimientode la fundición, lo cual hizo del cobre el primer metal industrial y propició el

veloz descubrimiento del plomo, la plata, el estaño y probablemente el hierro.

MINERÍA, OBTENCIÓN SELECTIVA DE MINERALES Y OTROSMATERIALES SALVO MATERIALES ORGÁNICOS DE FORMA

CIÓN RECIENTE A PARTIR DE LA CORTEZA TERRESTRE

La minería es una de las actividades más antiguas de la humanidad. Casi desdeel principio de la edad de piedra, hace 2.5 millones de años o más, ha venido

siendo la principal fuente de materiales para la fabricación de herramientas. Sepuede decir que la minería surgió cuando los predecesores de los seres huma-nos empezaron a recuperar determinados tipos de rocas para tallarlas y fabricarherramientas. Al principio, la minería implicaba simplemente la actividad, muyrudimentaria, de desenterrar el sílex u otras rocas. A medida que se vaciabanlos yacimientos de la superficie, las excavaciones se hacían más profundas, hastaque empezó la minería subterránea. La mina subterránea más antigua que seha identificado es una mina de ocre rojo en la sierra Bomvu de Swazilandia,en África meridional, excavada 40 000 años a.n.e. (mucho antes de la apariciónde la agricultura). La minería de superficie, por supuesto, se remonta a épocasmucho más antiguas.

Todos los materiales empleados por la sociedad moderna han sido obtenidosmediante minería, o necesitan productos mineros para su fabricación. Puededecirse que, si un material no procede de una planta, entonces es que se ob-

tiene de la tierra. Incluso las otras actividades del sector primario –agricultura,


25/324

I

pesca y silvicultura– no podrían llevarse a cabo sin herramientas y máquinasfabricadas con los productos de las minas. Cabe argumentar por ello que laminería es la industria más elemental de la civilización humana.

La minería siempre implica la extracción física de materiales de la corteza te-rrestre, con frecuencia en grandes cantidades, para recuperar sólo pequeños

volúmenes del producto deseado. Por eso resulta imposible que la minería noafecte al medio ambiente, al menos en la zona de la mina. De hecho, algunosconsideran que la minería es una de las causas más importantes de la degra-dación medioambiental provocada por los seres humanos. Sin embargo, en laactualidad, un ingeniero de minas calificado es capaz de limitar al máximo losdaños y recuperar la zona una vez completada la explotación minera.

Por lo general, la minería tiene como fin obtener minerales o combustibles. Unmineral puede definirse como una sustancia de origen natural con una compo-sición química definida y propiedades predecibles y constantes. Los combus-tibles más importantes son los hidrocarburos sólidos, que, por lo general, nose definen como minerales. Un recurso mineral es un volumen de la corteza

terrestre con una concentración anormalmente elevada de un mineral o com-bustible determinado. Se convierte en una reserva si dicho mineral o su con-tenido (un metal, por ejemplo), se puede recuperar mediante la tecnología delmomento con un costo que permita una rentabilidad razonable de la inversiónen la mina. Hay gran variedad de materiales que se pueden obtener de dichosyacimientos. Pueden clasificarse como sigue:

Minerales industriales: incluyen los de potasio y azufre, el cuarzo, la

trona, la sal común, el amianto, el talco, el feldespato y los fosfatos, losde aluminio, cobre, plomo, zinc, estaño, magnesio.Materiales de construcción: incluyen la arena, la grava, los áridos, lasarcillas para ladrillos, la caliza y los esquistos para la fabricación de ce-mento. En este grupo también se incluyen la pizarra para tejados y laspiedras pulidas, como el granito, el travertino o el mármol.Gemas: incluyen los diamantes, los rubíes, los zafiros y las esmeraldas.

Combustibles: incluyen el carbón, el lignito, la turba, el petróleo y el gas

•

•

•

•


26/324

P

(aunque generalmente estos últimos no se consideran productos mine-ros). El uranio se incluye con frecuencia entre los combustibles.

Los depósitos de mineral pueden adoptar casi cualquier forma. Pueden aflorara la superficie o estar a gran profundidad. En algunas de las minas de oro dela República de Sudáfrica, la extracción empieza a profundidades superiores alos 1 500 m y desciende más de 3 500 metros. En las minas se puede recuperarmaterial poco compacto no consolidado, como los sedimentos del lecho de unrío, o minerales situados en roca maciza más dura que cualquier hormigón.

Como se ha indicado antes, existen cuatro sistemas fundamentales de extrac-ción minera: la minería de superficie (que incluye las canteras), la minería sub-terránea, la minería por dragado (que incluye la minería submarina) y la mineríapor pozos de perforación. A continuación describiremos cada uno de esossistemas. Dentro de cada uno, los puntos fundamentales permanecen constan-tes, pero los detalles varían según el material extraído, la dureza de la roca y lageometría del depósito. Por supuesto, existe un cierto solapamiento entre losdistintos métodos.

MINERÍA DE SUPERFICIE

La minería de superficie es la más empleada para la extracción de materiales(puede emplearse para cualquier material) y se utilizan más de 60% de éstos.Los distintos tipos de mina de superficie tienen diferentes nombres, y por logeneral, suelen estar asociados a determinados materiales extraídos. Las minasa cielo abierto suelen ser de metales; en las explotaciones al descubierto sesuele extraer carbón; las canteras suelen dedicarse a la extracción de materia-les industriales y de construcción, y en las minas de placer se suelen obtenerminerales y metales pesados (con frecuencia oro, pero también platino, estañoy otros).

Las minas de superficie son las que adoptan la forma de grandes fosas en te-

rraza, cada vez más profundas y anchas. Los ejemplos clásicos de minas a cielo


27/324

I

abierto son las minas de diamantes de Sudáfrica, en las que se explotan las chi-meneas de kimberlita, depósitos de mineral en forma cilíndrica que asciendenpor la corteza terrestre. A menudo tienen una forma más o menos circular.

La extracción empieza con la perforación y voladura de la roca. Ésta se cargaen camiones con grandes palas eléctricas o hidráulicas, o con excavadoras decarga frontal y se retira del foso. El tamaño de estas máquinas llega a ser tangrande que pueden retirar 50 m3 de rocas de una vez, pero suelen tener unacapacidad de entre 5 y 25 m3. La capacidad de los camiones puede ir desde 35hasta 220 toneladas. Un avance de la minería moderna consiste en que las palasdescarguen directamente en una trituradora móvil, desde la que se saca de lamina la roca triturada en cintas transportadoras.

El material clasificado como mineral se transporta a la planta de recuperación,mientras que el clasificado como desecho se vierte en zonas asignadas paraello. A veces existe una tercera categoría de material de baja calidad que puedealmacenarse por si en el futuro pudiera ser rentable su aprovechamiento.

Muchas minas empiezan como de superficie y, cuando llegan a un punto enque es necesario extraer demasiado material de desecho por cada tonelada demineral obtenida, empiezan a emplear métodos de minería subterránea.

Las explotaciones al descubierto se emplean con frecuencia, aunque no siem-pre, para extraer carbón y lignito. En el Reino Unido se obtienen más de 10millones de toneladas de carbón anuales en explotaciones al descubierto. Laprincipal diferencia entre estas minas y las de cielo abierto es que el material dedesecho extraído para descubrir la veta de carbón, en lugar de transportarse azonas de vertido lejanas, se vuelve a dejar en la cavidad creada por la explotaciónreciente. Por tanto, las minas van avanzando poco a poco, rellenando el terreno ydevolviendo a la superficie en la medida de lo posible el aspecto que teníaantes de comenzar la extracción. Al contrario que una mina a cielo abierto, quesuele hacerse cada vez más grande, una explotación al descubierto alcanza sutamaño máximo en muy poco tiempo.


28/324

P

Cuando se completa la explotación, el foso que queda se puede convertir enun lago o rellenarse con el material procedente de la excavación realizada alcomenzar la mina.

Parte del equipo empleado en las explotaciones al descubierto es el mismo queel de las minas a cielo abierto, sobre todo el utilizado para extraer el carbón.Para obtener las rocas de desecho situadas por encima, la llamada sobrecarga,emplea los equipos más grandes de todas las minas. En Alemania existe unaexcavadora de cangilones que puede extraer 25 0000 m3 de materiales diarios.La máquina va montada sobre orugas y es automotriz. Otra máquina de grantamaño que se emplea sobre todo en explotaciones al descubierto es la exca-

vadora de cuchara de arrastre; una de estas máquinas, empleada en el ReinoUnido en el pasado, extraía 50 m3 de sobrecarga cada vez.

Las canteras son bastante similares a las minas a cielo abierto, y el equipoempleado es el mismo. La diferencia es que los materiales extraídos suelenser minerales industriales y materiales de construcción. En general, casi todoel material que se obtiene de la cantera se transforma en algún producto, porlo que hay bastante menos material de desecho. A su vez, esto significa queal final de la vida útil de la cantera queda una gran excavación. No obstante,debido a los bajos precios que suelen tener los productos de la mayoría de lascanteras, éstas tienen que estar situadas relativamente cerca de los mercados.Si no fuera así, los gastos de transporte podrían hacer que la cantera no fuerarentable. Por esta razón, muchas se encuentran cerca de aglomeraciones urba-nas. También supone que las cavidades creadas por muchas canteras adquierenun cierto valor como vertederos de residuos urbanos. En las cercanías de las

grandes ciudades, puede ser que la excavación creada por la cantera tenga un valor superior al del material extraído. Debido al bajo costo actual del trans-porte marítimo, se están abriendo nuevos tipos de grandes canteras costeras,como la de Glensanda, en Escocia. Estas canteras pueden servir a mercadosalejados, porque los gastos de transporte son lo bastante bajos como para quesus productos sigan siendo competitivos.

Los placeres son depósitos de partículas minerales mezcladas con arena o gra-

va. Las minas de placer suelen estar situadas en los lechos de los ríos o en sus


29/324

I

proximidades, puesto que la mayoría de los placeres son graveras de ríos actua-les o graveras fósiles de ríos desaparecidos. No obstante, los depósitos de pla-yas, los sedimentos del lecho marino y los depósitos de los glaciares también

entran en esta categoría. La naturaleza de los procesos de concentración quedan lugar a los placeres hace que en este tipo de minas se obtengan materialesdensos y ya liberados de la roca circundante.

Eso hace que el proceso de extracción sea relativamente sencillo y se limite almovimiento de tierras y al empleo de sistemas sencillos de recuperación física,no química, para recuperar el contenido útil. El material extraído puede de-positarse en zonas ya explotadas a medida que va avanzando la mina, a la vezque se recupera la superficie. Las minas de placer terrestre emplean equipossimilares a los de superficie. Sin embargo, muchas minas de placer se explotanmediante dragado.

MINERÍA SUBTERRÁNEA

La minería subterránea se puede subdividir en minería de roca blanda y mine-ría de roca dura. Los ingenieros de minas hablan de roca blanda cuando no seexige el empleo de explosivos en el proceso de extracción. En otras palabras,las rocas blandas pueden cortarse con las herramientas que proporciona latecnología moderna. La roca blanda más común es el carbón, pero tambiénlo son la sal común, la potasa, la bauxita y otros minerales. La minería de rocadura utiliza los explosivos como método de extracción.

En gran parte de Europa, la minería se asocia sobre todo con la extraccióndel carbón. En los comienzos se empleaban métodos de extracción que im-plicaban la perforación y la voladura con barrenos, pero desde 1950 ya no seemplean esos métodos, salvo en unas pocas minas privadas.

En la minería de roca blanda se perfora en la veta de carbón dos túneles para-lelos separados por unos 300 m (llamados entradas). A continuación se abre

una galería que une ambas entradas, y una de las paredes de dicha galería se


30/324

P

convierte en el frente de trabajo para extraer el carbón. El frente se equipa consistemas hidráulicos de entibados extremadamente sólidos, que crean un techopor encima del personal y la maquinaria y soportan el techo de roca situado por

encima. En la parte frontal de estos sistemas de entibado se encuentra unacadena transportadora. Los lados de la cadena sostienen una máquina de ex-tracción, la cizalladora, que corta el carbón mediante un tambor cilíndrico condientes, se hace girar contra el frente de éste. Los trozos de carbón cortadoscaen a la cadena transportadora, que los lleva hasta el extremo del frente de paredlarga. Allí, el carbón pasa a una cinta transportadora, que lo lleva hasta el pozoo lo saca directamente de la mina. Cuando se ha cortado toda la longitud delfrente, se hace avanzar todo el sistema de soporte, y la cizalladora empieza a

cortar en sentido opuesto, extrayendo otra capa de carbón. Por detrás de lossoportes hidráulicos, el techo cede y se viene abajo. Esto hace que esta formade extracción siempre provoque una depresión del terreno situado por encima.

En Sudáfrica, Estados Unidos y Australia, gran parte de la extracción se rea-liza mediante el método de explotación por cámaras y pilares, en el que unasmáquinas llamadas de extracción continua abren una red de túneles paralelosy perpendiculares, lo que deja pilares de carbón que sostienen el techo. Estemétodo desaprovecha una proporción importante del combustible, pero lasuperficie suele ceder menos.

En la mayoría de las minas de roca dura, la extracción se realiza mediante per-foración y voladura. Primero se realizan agujeros con perforadoras de airecomprimido o hidráulicas. A continuación se insertan barrenos en los agujerosy se hacen explotar, con lo que la roca se fractura y puede ser extraída. Después

se emplean máquinas de carga especiales –muchas veces con motores diesel yneumáticos– para cargar la roca volada y transportarla hasta galerías especialesde gran inclinación. La roca cae por esas galerías y se recoge en el pozo de ac-ceso, donde se carga en contenedores especiales denominados cucharones y sesaca de la mina. Más tarde se transporta a la planta de procesado, si es mineral,o al vertedero, si es material de desecho.

Para poder acceder al yacimiento de mineral hay que excavar una red de ga-

lerías de acceso, que se suele extender por la roca de desecho que lo rodea.


31/324

I

Este trabajo se denomina desarrollo; una mina de gran tamaño, como la minasudafricana de platino de Rustenberg, puede abrir hasta 4 km de túneles cadames. La extracción del mineral propiamente dicho se denomina arranque, y la

elección del método depende de la forma y orientación del yacimiento. En losdepósitos tubulares horizontales hay que instalar sistemas de carga y transportemecanizados para manejar la roca extraída. En los yacimientos muy inclinados,una gran parte del movimiento de la roca puede efectuarse por gravedad. En elmétodo de socavación de bloques se aprovecha la fuerza de la gravedad inclu-so para romper la roca. Se socava el bloque que quiere extraerse y se deja quecaiga por su propio peso.

La minería subterránea es la más peligrosa, por lo que se prefiere emplear al-guno de los métodos superficiales siempre que resulte posible.

M

El dragado de aguas poco profundas es con toda probabilidad el método másbarato de extracción de minerales. Por aguas poco profundas se entienden

aguas de hasta 65 m. En esas condiciones se pueden recuperar sedimentospoco compactos empleando dragas con cabezales de corte situados en el ex-tremo de tubos de succión, o con una cadena de cangilones de excavación quegira alrededor de un brazo.

La minería por dragado se está modernizando: por ejemplo, en la mina deKovin, situada en territorio de la antigua Yugoslavia, se emplea una draga paraextraer dos capas de lignito y los lechos de grava que las separan, en un lagoartificial, junto al río Danubio, creado para este fin. Se prevé que en el futurose introduzcan más dragas de este tipo, que permiten una extracción selectivay precisa.

La minería oceánica es un método reciente. En la actualidad se realiza en lasplataformas continentales, en aguas relativamente poco profundas. Entre susactividades están la extracción de áridos, de diamantes (frente a las costas de

Namibia y Australia) y de oro (en diversos placeres de todo el mundo).


32/324

P

Ya se ha diseñado y probado la tecnología para realizar actividades minerasen fondos marinos profundos. A profundidades de hasta 2 500 o 3 000 m hayconglomerados de rocas ricas en metales denominadas nódulos de manganeso

por ser éste el principal metal que contienen. En los nódulos también hay can-tidades significativas de otros metales, entre ellos cobre y níquel. La tecnologíade dragado para su recuperación está ya disponible, aunque ese tipo de activi-dades se encuentra en fase experimental hasta que las condiciones económicasy políticas las hagan factibles.

M

Numerosos materiales pueden extraerse del subsuelo a través de un pozo deperforación sin necesidad de excavar galerías y túneles. Así ocurre con los ma-teriales líquidos como el petróleo y el agua. También se pueden recuperar ma-teriales solubles haciendo pasar agua por ellos a través del pozo de perforacióny extrayendo la solución. Este sistema se denomina extracción por disolución.

También se puede emplear un disolvente que no sea agua para algún mineraldeterminado; en ese caso suele hablarse de lixiviación in situ. El azufre es un

caso especial: como funde a una temperatura bastante baja (108 ºC) es posiblelicuarlo calentándolo por encima de dicha temperatura y bombear a la superfi-cie el azufre fundido. En la actualidad también existen métodos para recuperarmateriales insolubles a través de pozos de perforación. Algunos sólidos, comoel carbón, son lo suficientemente blandos o están lo suficientemente fractura-dos para poder ser cortados por un chorro de agua a presión. Si se rompen entrozos pequeños, éstos pueden bombearse a la superficie en forma de lodo através de un pozo de perforación. Naturalmente, este método también permite

recuperar sólidos que ya de por sí se encuentran en forma de partículas finaspoco compactas. En Hungría se están realizando experimentos serios paraextraer carbón y bauxita mediante este método.

El proceso empleado en el caso del azufre es relativamente sencillo. Se bom-bea agua salada caliente por un tubo exterior insertado en el pozo que se haperforado en los lechos que contienen azufre. Se emplea agua salada porque su

punto de ebullición es más alto, por lo que puede calentarse a una temperatura


33/324

I

superior a su punto de fusión. El azufre fundido se bombea a la superficiepor un tubo interior situado dentro del tubo de agua. Por otro tubo situadodentro de los otros dos se inyecta aire comprimido para contribuir a impulsar

el azufre a la superficie. El azufre no es soluble en agua, por lo que no existe elproblema de perderlo por disolución. Las dos zonas más conocidas donde seemplea este método son Polonia –donde se desarrolló por primera vez– y elgolfo de México.

Muchas sustancias –las más habituales son la sal común y la potasa– son solu-bles en agua. El método empleado para extraerlas consiste en perforar pozoshasta el yacimiento, insertar un sistema de tubos como el usado en el caso delazufre, bombear agua por el pozo dejando que disuelva la sal, bombear la sal-muera resultante hacia la superficie y recuperar allí la sal disuelta. Según las minas,se puede utilizar el tubo exterior para el agua y el intermedio para la salmuera,o al contrario. En cualquier caso, el tubo interior se emplea para inyectar airecomprimido para elevar la salmuera. En Italia existen numerosas minas dedisolución para extraer sal común.

El sistema de lixiviación in situ se considera un método alternativo de extrac-ción para algunos metales. En particular, se ha empleado con éxito para extraeruranio y cobre. En este caso siempre se emplean pozos separados para inyectarel disolvente y para extraer la disolución de mineral. El yacimiento debe serporoso para que el disolvente pueda fluir a través del mismo desde un pozo aotro disolviendo el mineral o metal en cuestión. Es preferible que la roca querodea el yacimiento sea impermeable para poder controlar mejor el disolvente.Siempre que sea posible, conviene utilizar disolventes no tóxicos, ya que parte

del disolvente puede pasar a la roca circundante. Este tipo de minería presentaimportantes ventajas medioambientales, ya que se mueve una cantidad de rocamucho menor y las operaciones de limpieza posteriores resultan mucho mássencillas.

Todas las minas presentan problemas de seguridad, pero se considera que lassubterráneas son las más peligrosas. El peligro se deriva de la naturaleza de la

mina: una construcción de roca natural, que no es un buen material de ingeniería.


34/324

P

Estadísticamente, las minas subterráneas son más peligrosas que las de superfi-cie, y, por lo general, las de roca blanda son más peligrosas que las de roca dura.Las causas principales de accidentes en la mayoría de las minas son los derrabes,

esto es, los derrumbamientos de grandes rocas de las paredes de la mina. Estetipo de accidentes también incluye las caídas de rocas desde los mecanismos detransporte. La segunda causa más frecuente de accidentes en las minas es la ma-quinaria en movimiento. Otros riesgos son los explosivos, las inundaciones y lasexplosiones debidas a gases desprendidos por las rocas, como el metano (grisú).Este último fenómeno se produce especialmente en las minas de carbón. La profundidad de las minas puede producir riesgos, ya que las tensiones a queestán sometidas las galerías por el peso de las rocas situadas encima pueden su-perar la resistencia de la roca y hacer que ésta se derrumbe de forma explosiva.Se ha investigando muchos años para mejorar el diseño de las minas de modoque se elimine o reduzca el peligro de dichos derrumbes.

Además del riesgo de accidentes, los mineros pueden contraer una serie deenfermedades laborales. Esto ocurre sobre todo en las minas subterráneas. En

todas las minas se produce polvo, y su inhalación puede causar diversas enferme-dades de los pulmones, como la silicosis o neumoconiosis en las minas de carbón,la asbestosis y otras. Además, en las minas pueden aparecer gases tóxicos, comosulfuro de hidrógeno o monóxido de carbono. Muchas minas, en especial las deuranio, pueden presentar problemas de radiación por las emanaciones de radónprocedentes de la roca.

Debido al carácter peligroso de estos trabajos, los principales países minerostienen leyes y normativas muy estrictas sobre la seguridad en las minas. Dichasnormas cubren la calidad del aire, el entibado de las galerías, los explosivos, la ilu-minación, el ruido y todos los demás riesgos que pueden darse en las minas.


35/324

I

1.3. TRANSFORMACIÓN DE MINERALESEN METALES

La metalurgia es la ciencia y la tecnología de los metales, incluye su extraccióna partir de los minerales metálicos, su preparación y el estudio de las relacionesentre sus estructuras y propiedades. Desde tiempos muy remotos, el uso deciertos metales conocidos, como el cobre, hierro, plata, plomo, mercurio, anti-nomio y estaño, se convirtió en indispensable para la evolución de las distintascivilizaciones. Por ello, la metalurgia es una actividad a la que el ser humano ha

dedicado grandes esfuerzos. Desde la antigüedad ya se aplicaban algunas téc-nicas metalúrgicas, como el moldeo a la cera perdida utilizado por los chinos,egipcios y griegos; la soldadura inventada por Glauco en el siglo VII a.n.e., yel tratamiento térmico para el temple con acero utilizado por los griegos. Nofue hasta la edad media cuando aparecieron otras técnicas metalúrgicas deimportancia, y así, durante el siglo XIII aparecieron los primeros altos hornosy la fundición.

Los procesos metalúrgicos constan de dos operaciones: la concentración, esdecir, la separación del metal o compuesto metálico del material residual quelo acompaña en el mineral, y el refinado, en el que se trata de producir el metalen un estado puro o casi puro, adecuado para su empleo. Tanto para la concen-tración como para el refinado se emplean tres tipos de procesos: mecánicos,químicos y eléctricos. En la mayoría de los casos se usa una combinación delos tres.

Uno de los métodos de concentración mecánica más sencillo es la separaciónpor gravedad. Este sistema se basa en la diferencia de densidad entre los me-tales nativos y compuestos metálicos y los demás materiales con los que estánmezclados en la roca. Cuando se tritura el mineral o el concentrado de mineraly se suspende en agua o en un chorro de aire, las partículas de metal o del com-puesto metálico, más pesadas, caen al fondo de la cámara de procesado y el aguao el aire se llevan la ganga (material residual), más ligera. La técnica de los busca-

dores de oro para separar el metal de las arenas auríferas mediante cribado,


36/324

P

por ejemplo, es un proceso de separación por gravedad a pequeña escala. Delmismo modo, la mayor densidad relativa de la magnetita, un mineral de hierro,permite separarla de la ganga con la que se encuentra mezclada.

La flotación es hoy el método más importante de concentración mecánica. Ensu forma más simple, es un proceso de gravedad modificado en el que el mi-neral metálico finamente triturado se mezcla con un líquido. El metal o com-puesto metálico suele flotar, mientras que la ganga se va al fondo. En algunoscasos ocurre lo contrario.

En la mayoría de los procesos de flotación modernos se emplean aceites uotros agentes tensioactivos para ayudar a flotar al metal o a la ganga. Esto per-mite que floten en agua sustancias de cierto peso. En uno de los procesos queutilizan este método se mezcla con agua un mineral finamente triturado quecontiene sulfuro de cobre, al que se le añaden pequeñas cantidades de aceite,ácido y otros reactivos de flotación. Cuando se insufla aire en esta mezcla seforma una espuma en la superficie, que se une con el sulfuro pero no con laganga. Esta última se va al fondo, y el sulfuro se recoge de la espuma. El pro-

ceso de flotación ha permitido explotar muchos depósitos minerales de bajaconcentración, e incluso residuos de plantas de procesado que utilizan técnicasmenos eficientes. En algunos casos, la llamada flotación diferencial permiteconcentrar mediante un único proceso diversos compuestos metálicos a partirde un mineral complejo.

Los minerales con propiedades magnéticas muy marcadas, como la magnetita, seconcentran por medio de electroimanes que atraen el metal pero no la ganga.

La concentración electrostática utiliza un campo eléctrico para separar com-puestos de propiedades eléctricas diferentes, aprovechando la atracción entrecargas opuestas y la repulsión entre cargas iguales.

Los métodos de separación o concentración química son en general los másimportantes desde el punto de vista económico. Hoy, esta separación se utiliza

con frecuencia como segunda etapa del proceso, después de la concentración


37/324

I

mecánica. La fundición proporciona un tonelaje mayor de metal refinado quecualquier otro proceso. Aquí, el mineral metálico, o el concentrado de un pro-ceso de separación mecánica, se calientan a elevadas temperaturas junto con

un agente reductor y un fundente.

El agente reductor se combina con el oxígeno del óxido metálico dejando elmetal puro, mientras que el fundente se combina con la ganga para formar unaescoria líquida a la temperatura de fundición, por lo que puede retirarse de lasuperficie del metal. La producción de hierro en los altos hornos es un ejemplode fundición; este mismo proceso se emplea para extraer de sus minerales elcobre, el plomo, el níquel y muchos otros metales.

La amalgamación es un proceso metalúrgico que utiliza mercurio para di-solver plata u oro formando una amalgama. Este sistema ha sido sustituidoen gran medida por el proceso con cianuro, en el que se disuelve oro o plata endisoluciones de cianuro de sodio o potasio. En los diversos procesos delixiviación o percolación se emplean diferentes disoluciones acuosas paradisolver los metales contenidos en los minerales. Los carbonatos y sulfuros

metálicos se tratan mediante calcinación, calentándolos hasta una tempera-tura por debajo del punto de fusión del metal. En el caso de los carbonatos,en el proceso se desprende dióxido de carbono, y queda un óxido metálico.Cuando se calcinan sulfuros, el azufre se combina con el oxígeno del airepara formar dióxido de azufre gaseoso, y también resulta un óxido metálico.Los óxidos se reducen después por fundición.

La sinterización y la nodulación aglomeran partículas finas de mineral. En laprimera se utiliza un combustible, agua, aire y calor para fundir las partículasfinas de mineral y convertirlas en una masa porosa. En la nodulación, las par-tículas se humedecen, se convierten en pequeños nódulos en presencia de unfundente de piedra caliza y a continuación se cuecen.

Otros procesos, entre los que destacan la pirometalurgia (metalurgia de altastemperaturas) y la destilación, se emplean en etapas posteriores de refinado en

diversos metales. En el proceso de electrólisis, el metal se deposita en un cátodo,


38/324

P

bien a partir de disoluciones acuosas o en un horno electrolítico. El cobre, elníquel, el cinc, la plata y el oro son varios ejemplos de metales refinados pordeposición a partir de disoluciones acuosas. El aluminio, el bario, el calcio, el

magnesio, el berilio, el potasio y el sodio se procesan en hornos electrolíticos.

Algunos metales y determinadas aleaciones eran ya conocidos y empleadosdesde la más remota antigüedad. El cobre, el oro y el hierro fueron empleados enépocas prehistóricas para la confección de armas, herramientas y adornos. Laplata, el plomo, el mercurio, el antimonio y luego el estaño eran ya conocidos5 000 años antes de la era cristiana por los caldeos, los asirios y los egipcios.

En la antigüedad griega y romana, el bronce y luego el latón se usaban con mu-cha frecuencia. Cabe recordar a los galos, célebres por sus trabajos de oro, y alos germanos, hábiles en la confección de armas de hierro y acero. En la EdadMedia los procedimientos metalúrgicos evolucionaron muy poco. Durante elsiglo XIII aparecieron los primeros altos hornos y la fundición. Durante los si-glos XVI y XVII y parte del XVIII, se hizo célebre la primera industria siderúrgicaespañola, con las famosas fargues (forjas) catalanas, situadas en los Pirineos y las

ferrerías vascas. Fueron centros metalúrgicos de fama mundial. Actualmentetodo esto ha evolucionado mucho, y ahora se hace de una manera más rápiday más eficaz. Aún así, este sector está en plena decadencia ya que estos metalesse están sustituyendo por otros como el plástico.

LOS MINERALES EN LA METALURGIA

La mineralogía es el estudio de las propiedades, identificación, origen y clasi-ficación de los minerales. Las propiedades de los minerales se estudian bajolas correspondientes subdivisiones: mineralogía química, mineralogía física ycristalografía. Las propiedades y clasificación de los minerales individuales, sulocalización, sus formas de aparición y sus usos corresponden a la mineralogíadescriptiva. La identificación en función de sus propiedades químicas, físicas ycristalográficas recibe el nombre de mineralogía determinativa.


39/324

I

La composición química es la propiedad más importante para identificar losminerales y para distinguirlos entre sí. El análisis de los minerales se realiza conarreglo a métodos normalizados de análisis químico cuantitativo y cualitativo.

Los minerales se clasifican sobre la base de su composición química y la sime-tría de sus cristales. Sus componentes químicos pueden determinarse tambiénpor medio de análisis realizados con haces de electrones.

Aunque la clasificación química no es rígida, las diversas clases de compuestosquímicos que incluyen a la mayoría de los minerales son las siguientes:

Elementos, como el oro, el grato, el diamante y el azufre, que se dan

en estado puro o nativo, es decir, sin formar compuestos químicos.Sulfuros, que son minerales compuestos de diversos metales combi-nados con el azufre. Muchas menas minerales importantes, como lagalena o la esfalerita, pertenecen a esta clase.Sulfosales, minerales compuestos de plomo, cobre o plata combinadoscon azufre y uno o más de los siguientes elementos: antimonio, arséni-co y bismuto. La pirargirita, Ag

3SbS

3, pertenecen a esta clase.

Óxidos, minerales compuestos por un metal combinado con oxígeno,como la hematites u oligisto, Fe

2O

3. Los óxidos minerales que contie-

nen también agua, como el diásporo, Al2O

3,H

2O, o el grupo hidróxilo

(OH), como la goethita FeO (OH), pertenecen también a este grupo.Haluros, compuestos de metales combinados con cloro, úor, bromo

o yodo; la halita o sal gema, NaCl, es el mineral más común de estaclase.Carbonatos, minerales como la calcita, CaCO

3, que contienen un grupo

carbonato.Los fosfatos, minerales como el apatito, Ca

5(F,C

l )(PO

4 )

3, que contienen

un grupo fosfato.Sulfatos, como la barita, BaSO

4, que contienen un grupo sulfato.

Silicatos, la clase más abundante de minerales, formada por varios ele-mentos en combinación con silicio y oxígeno, que a menudo tienen unaestructura química compleja, y minerales compuestos exclusivamente de

silicio y oxígeno (sílice). Los silicatos incluyen minerales que comprenden

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.9.


40/324

P

las familias del feldespato, la mica, el piroxeno, el cuarzo, la zeolita y elanfíbol.

Las propiedades físicas de los minerales constituyen una importante ayuda ala hora de identificarlos y caracterizarlos. La mayor parte de las propiedadesfísicas pueden reconocerse a simple vista o determinarse por medio de prue-bas sencillas. Las propiedades más importantes incluyen el rayado, el color, lafractura, el clivaje, la dureza, el lustre, la densidad relativa y la fluorescencia ofosforescencia.

La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando las condicionesde formación son favorables. La cristalografía es el estudio del crecimiento, laforma y el carácter geométrico de los cristales. La disposición de los átomos enel seno de un cristal puede determinarse por medio del análisis por difracciónde los rayos X. La química cristalográfica estudia la relación entre la composi-ción química, la disposición de los átomos y las fuerzas de enlace entre éstos.Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales.Los cristales se agrupan en seis sistemas de simetría: cúbico o isométrico, hexa-

gonal, tetragonal, ortorrómbico, monoclínico y triclínico.

El estudio de los minerales constituye una importante ayuda para la compren-sión de cómo se han formado las rocas. La síntesis en laboratorio de las varie-dades de minerales producidos por presiones elevadas está contribuyendo a lacomprensión de los procesos ígneos que tienen lugar en las profundidades dela litosfera. Dado que todos los materiales inorgánicos empleados en el comer-cio son minerales o sus derivados, la mineralogía tiene una aplicación econó-mica directa. Usos importantes de los minerales y ejemplos de cada categoríason las gemas o piedras preciosas y semipreciosas (diamante, granate, ópalo,circonio); los objetos ornamentales y materiales estructurales (ágata, calcita,yeso); los refractarios (asbestos o amianto, grafito, magnesita, mica); cerámi-cos (feldespato, cuarzo); minerales químicos (halita, azufre, bórax); fertilizan-tes (fosfatos); pigmentos naturales (hematites, limonita); aparatos científicos yópticos (cuarzo, mica, turmalina), y menas de metales (casiterita, calcopirita,

cromita, cinabrio, ilmenita, molibdenita, galena y esfalerita).


41/324

I

Aunque algunos metales como el oro, la plata, el platino y el cobre, se en-cuentran en estado nativo, la inmensa mayoría se encuentran en la naturalezacombinados formando compuestos, tales como óxidos, sulfuros, carbonatos,

silicatos, cloruros , etcétera. Con frecuencia estos compuestos son verdaderasmezclas como el sulfuro doble de cobre y de hierro. En estos minerales el pro-ducto metálico está mezclado con productos estériles, que forman la ganga,y es preciso hacer una separación. Con esto quiero decir, que antes de todotratamiento metalúrgico, el mineral, una vez extraído de la mina, se somete alas operaciones de lavado, aislamiento y concentración, mediante trituración,quebrantamiento, tría magnética, separación por lavado y ventilación o flota-ción en líquidos apropiados y otros.

Los metales más comunes son los que a continuación se mencionan.

L

La plata es un elemento químico de carácter metálico, símbolo Ag, su númeroatómico es 47, su densidad es de 10.5 y su masa atómica es 107.88. Es un ele-

mento metálico blanco, brillante, que conduce el calor y la electricidad mejorque ningún otro metal. La plata es uno de los elementos de transición delsistema periódico.

La plata se conoce y se ha valorado desde la antigüedad como metal ornamentaly de acuñación. Probablemente las minas de plata en Asia Menor empezaron aser explotadas antes del 2 500 a.n.e. Los alquimistas la llamaban el metal Luna oDiana, por la diosa de la Luna, y le atribuyeron el símbolo de la luna creciente.

Exceptuando el oro, la plata es el metal más maleable y dúctil. Su dureza varíaentre 2.5 y 2.7; es más dura que el oro, pero más blanda que el cobre. Tiene unpunto de fusión de 962 °C, un punto de ebullición de 2.212 °C, y una densidadrelativa de 10.5 su masa atómica es 107.868.

Desde el punto de vista químico, la plata no es muy activa. Es insoluble en

ácidos y álcalis diluidos, pero se disuelve en ácido nítrico o sulfúrico concentrado,


42/324

P

y no reacciona con oxígeno o agua a temperaturas ordinarias. El azufre y lossulfuros atacan la plata, y el deslustre o pérdida de brillo se produce por la for-mación de sulfuro de plata negro sobre la superficie del metal.

Los huevos, que contienen una considerable cantidad de azufre como com-ponente de sus proteínas, deslustran la plata rápidamente. Las pequeñas can-tidades de sulfuro que existen naturalmente en la atmósfera o que se añadenal gas natural doméstico en forma de sulfuro de hidrógeno (H

2S), también

deslustran la plata. El sulfuro de plata (Ag 2S) es una de las sales más insolubles

en disolución acuosa, propiedad que se utiliza para separar los iones plata deotros iones positivos.

La plata ocupa el lugar 66 en abundancia entre los elementos de la cortezaterrestre. Existe un bajo porcentaje en estado puro; los sedimentos más nota-bles de plata pura están en México, Perú y Noruega, donde las minas han sidoexplotadas durante años. La plata pura también se encuentra asociada con eloro puro en una aleación conocida como oro argentífero, y al procesar el orose recuperan considerables cantidades de plata. La plata está normalmente aso-

ciada con otros elementos (siendo el azufre el más predominante) en mineralesy menas. Algunos de los minerales de plata más importantes son la cerargirita(o plata córnea), la pirargirita, la silvanita y la argentita. La plata también seencuentra como componente en las menas de plomo, cobre y cinc. La mitadde la producción mundial de plata se obtiene como subproducto al procesardichas menas. Prácticamente toda la plata producida en Europa se obtienecomo subproducto de la mena del sulfuro de plomo, la galena. La mayoríade la plata extraída en el mundo procede de México, Perú, Estados Unidos yla Comunidad de Estados Independientes. En 1994 se produjeron en todo elmundo unas 13 000 toneladas.

En general, la plata se extrae de las menas de plata calcinándolas en un hornopara convertir los sulfuros en sulfatos y luego precipitar químicamente la platametálica. Hay varios procesos metalúrgicos para extraer la plata de las menas deotros metales. En el proceso de amalgamación, se añade mercurio líquido a la

mena triturada, y se forma una amalgama de plata. Después de extraer la amalgama


43/324

I

de la mena, se elimina el mercurio por destilación y queda la plata metálica. Enlos métodos de lixiviación, se disuelve la plata en una disolución de una sal(normalmente cianuro de sodio) y después se precipita la plata poniendo la

disolución en contacto con cinc o aluminio. Para el proceso Parkes, que se usaextensamente para separar la plata del cobre. La plata impura obtenida en losprocesos metalúrgicos se refina por métodos electrolíticos o por copelación,un proceso que elimina las impurezas por evaporación o absorción.

El uso de la plata en joyería, servicios de mesa y acuñación de monedas es muyconocido. Normalmente se alea el metal con pequeñas cantidades de otrosmetales para hacerlo más duro y resistente. La plata fina para las cuberterías

y otros objetos contiene 92.5% de plata y 7.5% de cobre. La plata se usa pararecubrir las superficies de vidrio de los espejos, por medio de la vaporizacióndel metal o la precipitación de una disolución. Sin embargo, el aluminio ha sus-tituido prácticamente a la plata en esta aplicación. La plata también se utilizacon frecuencia en los sistemas de circuitos eléctricos y electrónicos.

Los halogenuros de plata (bromuro de plata, cloruro de plata y yoduro de pla-ta) que se oscurecen al exponerlos a la luz, se utilizan en emulsiones para placas,película y papel fotográficos. Estas sales son solubles en tiosulfato de sodio, quees el compuesto utilizado en el proceso de fijación fotográfica.

La plata se funde a 960 ºC y hierve a 1950 ºC. Cuando se funde en contactocon el aire absorbe hasta 22 veces su volumen de oxígeno, que al enfriar

vuelve a desprender, levantándose en su superficie pequeños cráteres y pro-yectando partículas de metal líquido, en un proceso que recibe el nombre

de “galleo de plata”. La plata es el más blanco de todos los metales, y bienpulimentado constituye una de las mejores superficies reflectantes que se co-nocen: refleja hasta 95% de la luz incidente. Además es bastante maleabley dúctil. Como ya sabemos es el metal de mayor índice de conductibilidad,tanto calorífica como eléctrica.

Es un elemento nativo por lo que se encuentra en la naturaleza a temperaturaambiente. Tiene formas de crecimiento dendríticas y plumosas; también com-

pactas, en láminas y filiformes. El mineral lo podemos encontrar, en México,


44/324

P

Cataluña, concretamente en Vimbodí, Falset Bellmunt y Tarragona. Cuandoaparece en forma nativa, lo hace en masas que han llegado a pesar centenaresde kilos, esparcidas en terreno rocoso, con pequeñas incrustaciones de otros

metales nobles. Noruega posee el mayor yacimiento del mundo de este tipo. Lonormal es que aparezca junto con grandes filones de galena, blenda y pirita.Los minerales de plomo son la más importante fuente de plata, las minasmás importantes se encuentran en Leadville y Eureka (EUA), de menor im-portancia son Laurium (Grecia) y las españolas de Peñarroya, Linares y SanQuintín.

Cerca de la superficie, la plata suele aparecer nativa o en forma de haluro. Enlas profundidades aparece formando sulfuros. Pero este tipo de filones estámuy agotado, y actualmente la mayor parte de la plata que aparece en el merca-do procede del tratamiento de filones de blenda, galena y pirita.

Los métodos para la obtención de la plata son el de amalgamación y el de cia-nuración, o como subproducto de otras metalurgias, en especial la del plomo.

La amalgamación es un método español, consiste en triturar la mena,que debe ser plata nativa o cloruro, se agita con agua y mercurio paraobtener cloruro mercurioso, entonces las plata se amalgama con elmercurio en exceso. La amalgama se separa del mineral agotado y sedestila en retortas de hierro, el mercurio volátil se usa otra vez y la plataqueda en la retorta. Este método casi no se utiliza en la actualidad.La cianuración se usa normalmente para menas ricas. Consiste en tritu-rar el mineral, y si contiene sulfuro de plata se tuesta con cloruro sódi-co, para conseguir cloruro de plata, éste se disuelve en cianuro sódicoformándose cianuro complejo de plata y sodio Ag (CN)

2NA. El metal

se precipita de esta disolución por el cinc metálico.

Obtención de la plata como subproducto

Este método es el más utilizado, consigue 80% de la plata obtenida en el mundo.

En la producción de los metales que la acompañan, la plata queda mezclada

•

•


45/324

I

con ellos, y se separa con una técnica diferente en cada caso. Si aparece mezcla-da con oro se extrae mediante electrólisis en una solución de nitrato de plata.El caso más frecuente es que acompañe al plomo, del que se separa por el

método Parkes: después de eliminar las impurezas, el metal fundido se mezclacon 2% de cinc, inmiscible con el plomo, pero no con la plata, a la que arrastraen su flotación y solidificación cuando el plomo está todavía fundido. Se extraela aleación cinc-plata y se calienta en retortas de arcilla, para separar el cinc pordestilación. El residuo de las retortas se somete al proceso de copelación, paraoxidar y fundir los posibles restos de plomo. Si la plata aparece mezclada concobre, se procede por galvanización y copelación, o bien por refinado elec-trolítico. Para obtener plata químicamente pura, se precipita de sus solucionesnítricas en estado de cloruro, que se reduce por calentamiento en presencia deyeso y carbón.

La plata pura es un metal muy blando, por lo que se emplea poco. La industriaquímica la utiliza en cápsulas y como revestimiento protector, chapeado o elec-trolítico, debido a su buena resistencia frente a muchos reactivos, así como ensuperficies termo aislantes y como catalizador en diversos procesos.

Por la facilidad de su trabajo, la plata fue uno de los metales más usado para elarte en las civilizaciones del mundo antiguo. Se empezó a considerar la platacomo un elemento de riqueza a partir de 3 600 años a.n.e. Fue también unode los primeros metales usados para la acuñación de monedas ya que permitíareducir el peso y tamaño de las grandes piezas de cobre o bronce. El metalse obtenía de algunas minas europeas, como las de Laurion en el Ática y las deHispania, que atrajeron a la Península a los mercaderes y colonizadores, y de losyacimientos del Próximo Oriente. En América pronto comenzaron los hallaz-gos de las grandes minas de plata de Nueva España y Perú: Michoacán (1531),Potosí (1545), Guanajuato (1548), etcétera. Inicialmente, la extracción de platase hacía por el procedimiento de fusión, en pequeños hornos que los indios dePotosí esparcían por laderas, para conseguir que el viento estimulara la com-bustión. Este procedimiento rudimentario sólo podía aplicarse a mineralesmuy ricos, de forma que las reservas explotables se agotaron rápidamente; en

Perú tardó diez años en acabarse. A medidos del siglo XVI se introdujo en la


46/324

P

Nueva España el procedimiento de extracción de metal llamado amalgama-ción, mezclando el mineral triturado con mercurio, que fue usado en Méxicohasta el siglo XIX . El procedimiento inicial era el llamado de patio; a comienzos

del siglo XVII se introdujo el de cazo o fondón, que utilizaba también el calor.Entre 1850 y 1920, EUA produjo 248 millones de kg de plata, más de lo que sehabía obtenido en todo el mundo en los últimos trescientos cincuenta años.

E

El cobre es un elemento de transición de la tabla periódica de símbolo Cu,de apariencia metálica y color pardo rojizo, su número atómico es 29 es uno de

los metales de mayor uso.

Ya era conocido en épocas prehistóricas, las primeras herramientas y enseresfabricados probablemente fueron de cobre. Se han encontrado objetos de estemetal en las ruinas de muchas civilizaciones antiguas, como en Egipto, AsiaMenor, China, sureste de Europa, Chipre (de donde proviene la palabra co-bre), Creta y América del Sur. El cobre puede encontrarse en estado puro.

Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es deunos 2.567 °C, tiene una densidad de 8.9 g/cm3 y su masa atómica es 63.546.

El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosaspropiedades, como son su elevada conductividad del calor y electricidad, laresistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de subelleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata,

el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad per-mite transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de 0.025 milímetros.La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4 200 kilo-gramos por centímetro cuadrado.

Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como interiores,cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, re-guladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de

comunicaciones.


47/324

I

A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y con-feccionar útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. En un tiempo erafrecuente reforzar con cobre la quilla de los barcos de madera para proteger el

casco ante posibles colisiones. El cobre se puede galvanizar fácilmente comotal o como base para otros metales. Con este fin se emplean grandes cantidadesen la producción de electrotipos (reproducción de caracteres de impresión).

La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena. El cobre enbruto se tritura, se lava y se prepara en barras. Los óxidos y carbonatos se re-ducen con carbono. Las menas más importantes y las formadas por sulfuros,no contienen más de 12% de cobre, llegando en ocasiones tan sólo a 1%, yhan de triturarse y concentrarse por flotación. Los concentrados se funden enun horno de reverbero que produce cobre metálico en bruto con una purezaaproximada de 98%. Este cobre en bruto se purifica por electrólisis, obtenién-dose barras con una pureza que supera el 99.9 por ciento.

El cobre puro es blando, pero puede endurecerse posteriormente. Las alea-ciones de cobre, mucho más duras, presentan una mayor resistencia y por ello no

pueden utilizarse en aplicaciones eléctricas. No obstante, su resistencia a lacorrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo. Lasdos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce,una aleación con estaño. A menudo, tanto el cinc como el estaño se fundenen una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el la-tón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. También se usa elcobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante enaleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana o alpaca.

El cobre forma dos series de compuestos químicos: de cobre (I), en la que éstetiene una valencia de 1, y de cobre (II), en la que su valencia es 2. Los com-puestos de cobre (I) apenas tienen importancia en la industria y se conviertenfácilmente en compuestos de cobre (II) al oxidarse por la simple exposición alaire. Los compuestos de cobre (II) son estables. Algunas disoluciones de cobretienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se usan grandes cantida-

des en la fabricación de rayón. También se emplea el cobre en muchos pigmentos,


48/324

P

en insecticidas como el verde de Schweinfurt, o en fungicidas como la mezclade Burdeos, aunque para estos fines está siendo sustituido ampliamente porproductos orgánicos sintéticos.

El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corte-za terrestre. Frecuentemente se encuentra agregado con otros metales comoel oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas,aunque se han hallado masas compactas de hasta 420 toneladas. El cobre seencuentra por todo el mundo en la lava basáltica, localizándose el mayor depó-sito conocido en la cordillera de los Andes en Chile, bajo la forma de pórfido.Este país posee aproximadamente 25% de las reservas mundiales de cobre y acomienzos de 1980 se convirtió en el primer país productor de este metal. Losprincipales yacimientos se localizan en Chuquicamata, Andina, el Salvador y el

Teniente.

Las principales fuentes del cobre son la calcopirita y la bornita, sulfuros mixtosde hierro y cobre. Otras menas importantes son los sulfuros de cobre calcosinay covellina; la primera se encuentra en Chile, México, Estados Unidos, la anti-

gua URSS y la segunda, en Estados Unidos. La enargita, un sulfoarseniato decobre, se encuentra en la antigua Yugoslavia, Sudáfrica y América del Norte;la azurita, un carbonato básico de cobre, en Francia y Australia, y la malaqui-ta, otro carbonato básico de cobre, en los montes Urales, Namibia y EstadosUnidos. La tetraedrita, un sulfoantimoniuro de cobre y de otros metales, y lacrisocolla, un silicato de cobre, se hallan ampliamente distribuidos en la natu-raleza; la cuprita, un óxido, en España, Chile, Perú y Cuba, y la atacamita, uncloruro básico, cuyo nombre proviene de la región andina de Atacama, en elnorte de Chile y Perú.

El cobre es un elemento químico de número atómico 29 y masa atómica63.54. Es un metal de color rojo que cristaliza en el sistema cúbico. Tienepor densidad 8.9 y funde a 1 084 ºC. Entre los metales industriales, es el mejorconductor del calor y de la electricidad. Es de dureza media, muy maleable ydúctil. Se puede oxidar si está en un ambiente frío, o con ácidos.


49/324

I

Los minerales de cobre explotados para la obtención de metal se clasifican entres categorías:

Minerales de cobre nativo: sus principales yacimientos actualmente ex-plotados se encuentran en EUA, cerca del lago Superior, y contienenaproximadamente 1% de cobre puro. En Bolivia también hay yacimien-tos de cobre nativo, rico en cobre puro.Minerales oxidados: este tipo de minerales se utilizan muy poco. Losprincipales minerales son: cuprita (óxido rojo), mela conita (óxido ne-gro), malaquita (carbonato verde hidratado), azurita (carbonato azulhidratado), crisocola (silicato hidratado), y atacamita (oxicloruro hidra-

tado) y se encuentran en EUA, Chile, Rhodesia y Extremo oriente.Minerales sulfurados: éstos son los más utilizados. El principal es la cal-copirita o pirita cuprosa, cuyo contenido de cobre llega por lo general a4%. Los demás minerales sulfurados explotados son la calcosina, la te-traedrita, la bornita y la energita. Estos minerales se explotan en EUA,

Japón, Rusia y, a escala más limitada, en Alemania y España.

Según su naturaleza y la riqueza de los minerales, el cobre es tratado de unamanera diferente:

Para los minerales sulfurados el método consiste en separar el hierro del cobrepor vía seca, utilizando por una parte la gran afinidad del cobre para el azufrey, por otra, la del hierro para el oxígeno. El mineral enriquecido por flotación,sufre sucesivamente:

Una tostación oxidante parcial, que transforma en óxido parte del sul-furo de hierro.Una fusión escorificante en horno de reverbero en contacto con sílice,que permite eliminar hierro en forma de escoria silícea. Queda unamata (capa separada por diferencia de densidad) enriquecida en 40%de cobre aproximadamente.Una conversión permite separar totalmente el sulfuro del hierro de lamata para obtener el cobre bruto. Esta última operación se efectúa en

dos fases: primeramente la corriente de aire oxida el hierro remanente,

•

•

•

a)

b)

c)


50/324

P

que se escorifica en contacto con la sílice y es separado de la mata quetiene una riqueza 80% de cobre. En la segunda fase la oxidación de lamata se prosigue con formación de óxido y de sulfuro de cobre. En

este momento ambos productos reaccionan mutuamente con despren-dimiento de anhídrido sulfuroso y formación de cobre bruto.

Tratamiento de los minerales oxidados: el método por vía seca se practica enhorno de cuba ( water-jacket ), por reducción del mineral fundido en presenciade carbono; la adición de fundente permite eliminar la ganga del mineral enforma de escoria. Existe un método por vía húmeda, poco empleado, análogoal utilizado para los minerales sulfurados.

Afinado del cobre bruto (cobre blister): este afinado tiene la doble ventaja deobtener cobre puro y recuperar impurezas de interés, tales como el oro, plata,bismuto, etc. El afinado por vía seca en horno de reverbero permite, al oxidargran parte de las impurezas y obtener cobre que contiene por lo menos 99.5%de mineral puro.

Afinado electrolito: permite obtener cobre de pureza superior a 99.5%. Elcobre bruto colado en ánodos en forma de placas, es electrolizado en una so-lución de sulfato de cobre ácido. El cobre puro se deposita en los cátodos queposteriormente son refundidos para constituir lingotes.

El uso más antiguo del cobre se remonta al imperio egipcio del 5 000 al 4 500a.n.e. Su uso fue en principio ornamental, posteriormente se fabricaron conél pequeños objetos (agujas, tijeras, anillos etc.). Alrededor del 4 000 al 3 500a.n.e. apareció el cobre forjado y moldeado, pero no se extendió a Mesopota-mia del Norte, hasta el 3 000 a.n.e. donde el cobre fundido empezó a sustituiral cobre forjado. Durante el tercer milenio a.n.e. el uso de este metal se exten-dió a las regiones del Mediterráneo Oriental y a la desembocadura del Danu-bio. Entre 2 500 y 2 000 apareció en Europa Central y Occidental, fue llevadoa Italia y España por navegantes, y a Bohemia y Baviera por los pueblos de lasestepas. Posteriormente se empleó bajo la forma de aleaciones, para confeccio-

nar armas, herramientas, joyas, adornos, objetos domésticos, estatuas, etcétera.


51/324

I

También se encontró cobre en el bronce antiguo. Durante la Edad Media, loscentros principales de extracción de este elemento fueron las minas alemanasde Rammelsber y Mansfeld; sin embargo, su producción fue sobrepasada por

las minas de Cornualles y, a principios del siglo XIX , por las minas españolas deRiotinto. A partir de la segunda mitad del siglo XIX , el intenso desarrollo de lasminas de Chile, Canadá, y más tarde EUA y el Congo eclipsó las explotacioneseuropeas.

Actualmente la mayor producción mundial de minerales de cobre, correspondea EUA, gracias a las minas de Arizona, Utah, Nuevo México y Montana cuyasreservas son considerables. Les s

ing del procesamiento de materiales- mendez

Documents