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EXTRACCIÓN DEL ACERO

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Andy Aguilar

on 8 September 2013

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EXTRACCIÓN DEL ACERO
1. Proceso de obtención del aceroEl hierro es un metal y como tal no se encuentra en estado puro en la naturaleza sino que está formando parte de numerosos minerales. Existen muchos minerales que contienen hierro. Para que un mineral pueda ser utilizado para la obtención de hierro metálico ha de cumplir dos condiciones:Ha de ser un mineral muy abundanteHa de presentar una elevada concentración de hierro puroLos minerales más utilizados en la actualidad son dos óxidos, la hematita (Fe2O3) y magnetita (Fe304) , la limonita, que es un hidróxido de hierro de fórmula (FeO·OH nH2O) y la siderita o carbonato de hierro (FeCO3).  Una vez extraidas estas rocas tal cual están en la naturaleza han de ser sometidas a numerosos procesos para poder obtener el hierro que tienen en su estructura.
. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ACERO

El proceso siderúrgico incluye un gran número de pasos hasta la obtención final del acero.
En primer lugar, y con el fin de eliminar las impurezas, el mineral de hierro se lava y se somete a procesos de trituración y cribado. Con ello, se logra separar la ganga de lamena.
A continuación, se mezcla el mineral de hierro (mena) con carbón y caliza y se introduce en un alto horno a más de 1500 ºC. Así se obtiene el arrabio, que es mineral de hierro fundido con carbono y otras impurezas.
El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono, eliminar impurezas y ajustar la composición del acero, añadiendo los elementos que procedan en cada caso: cromo, níquel, manganeso...
En la siguiente imagen se esquematiza el proceso de obtención del arrabio en un alto horno.



EXTRACCIÓN DEL HIERRO:
El hierro que se utiliza en la industria suele proceder fundamentalmente de dos sitios:
a) De las minas.
b) De la chatarra, es decir, a través del reciclado de automóviles, electrodomésticos,.....
En este apartado vamos a estudiar cuales son los pasos que hay que seguir para obtener el hierro en la minería, tanto si se trata de una mina subterránea o una mina a cielo abierto.
1) El primer paso será hacer explotar la roca, por ejemplo, con dinamita.
2) El material que se ha soltado gracias a la explosión se carga en camiones.
Todos los pasos que siguen tienen como objetivo separar la parte delmineral que tiene hierro (mena), de la tierra, rocas y otras impurezas(ganga). Para ello debemos realizar las siguientes operaciones:
3) Los camiones se hacen pasar por arcos detectores de metal, de esa forma descartamos aquellos que no tienen metal, los cuales directamente son eliminados.
Los camiones que si tienen metal son llevados a la planta de tratamiento en la que se realizan los siguientes pasos:
4) Primero se trituran las rocas, para facilitar la separación de la mena y la ganga.
5) Finalmente se pueden eliminar parte de las impurezas mediante imanes o mediante flotación (se aprovecha que el hierro pesa más que las rocas, o pueden emplearse detergentes que se pegan al hierro y lo hacen flotar). 
Son todos estos pasos se puede conseguir hierro con una pureza aproximadamente del 70%, es decir, aún nos queda un 30% de impurezas, lo cual es un porcentaje todavía muy importante que debemos seguir eliminando.

Extracción del Mineral de Hierro (Fe)

El mineral extraído de una mina de fierro  puede ser de carga directa a los altos hornos o puede requerir de un proceso de peletización para ser utilizado en la producción del acero, esto según sea su calidad.
Es importante destacar que si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa, requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Este es el caso de Minas el Romeral.
Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de peletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas. Este es el caso de las minas Los Colorados y Algarrobo.

La obtención del hierro, el metal más utilizado de la corteza terrestre, nos acerca al estudio de la metalurgia. Para comenzar es importante definir algunos términos:

Metalurgia: es el estudio de la ciencia y la tecnología desarrolladas para obtener un metal a partir de sus menas o aleaciones (ver secuencia didáctica Soluciones I).
Metalurgia extractiva: se refiere a la obtención del metal a partir de la mena.
Mena: son los minerales que resultan adecuados para obtener el metal por contener una cantidad apreciable del mismo en su composición.
Escoria: subproducto de la fundición de una mena.
Arrabio: material fundido que se obtiene en el alto horno al reducir el hierro. Es la materia prima para producir acero.
El hierro es el segundo metal en abundancia en la corteza terrestre después del aluminio (Al: 8% m/m, Fe: 5% m/m). Además, el hierro y el níquel son los elementos constitutivos del núcleo de nuestro planeta. También los meteoritos contienen hierro. No se descarta la hipótesis de que la famosa espada Excalibur, que empuñó el rey Arturo, haya sido forjada a partir de hierro proveniente de un meteorito.
Obtención del hierro

La evolución de la metalurgia está relacionada con factores de carácter tecnológico. Para obtener el cobre que, aliado con el estaño, constituye el bronce se necesitan 1.083º C. En cambio, para fundir el hierro hay que llegar hasta los 1.536º C. Esta diferencia de temperatura es una de las causas del porqué el bronce se trabajó antes que el hierro.

El trabajo del hierro se descubrió e impuso de un modo paulatino. Al principio, se utilizaban una serie de procedimientos sencillos que, con el paso del tiempo, acabaron siendo cada vez más complicados.

Básicamente, hay dos técnicas conocidas: el procedimiento directo, usado desde los inicios de la metalurgia del hierro hasta el siglo XIX, y el procedimiento indirecto, conocido ya desde la edad media y consolidado a partir de la industrialización.

El procedimiento directo es la operación de reducción donde el hierro no llega al estado de fusión. El metal que se obtiene es una masa esponjosa de hierro y escorias, que se tiene que separar del metal. La separación de las escorias es un proceso complicado, que requiere un trabajo de forja posterior para conseguirlo.

Entendemos como procedimiento indirecto la operación de reducción donde el hierro llega hasta el estado líquido: una fusión completa donde la ganga (el material sobrante) forma una escoria líquida que se separa fácilmente del metal.

Cuando se consigue el hierro en estado líquido, éste se puede trabajar de diversas maneras: a través de un molde o mediante procesos químicos, termicos o mecánicos
La extracción de los minerales era vista como una alteración a un proceso de gestación. La madre Tierra, en sus entrañas, contenía embriones que en un futuro lejano se convertirían en hierro. Sólo un brujo, un señor del fuego, podía extraer ese embrión y trasplantarlo a una nueva matriz, el horno, donde se aceleraría el nacimiento del hierro.

Claro que los principales responsables de la nube mitológica que oscurecía la metalúrgica eran los propios herreros. Ellos mismos, en su condición de nómadas en búsqueda de nuevos minerales, se encargaron de difundir sus ritos y misterios.

El hierro tuvo que dar una batalla importante antes de sustituir al bronce como material para la fabricación de herramientas y armas. Durante cerca de dos milenios, cerca del año 1 200 ,a.C., las aleaciones basadas en el cobre, entre ellas el bronce, eran preferidas en lugar del hierro. De hecho, el bronce tenía propiedades superiores. El bronce inicialmente se producía aleando el cobre con el arsénico, porque muchos minerales contenían estos dos elementos a la vez. El arsénico se agregaba al cobre, dando lugar a un material de resistencia, superior que se ha caracterizado como "bronce natural". Más adelante, en lugar de arsénico se empleó el estaño para producir el bronce. El bronce es bastante más duro que el hierro esponja, de modo que por mucho tiempo este, último fue poco atractivo. Además el bronce se podía fundir y vaciar en moldes a temperaturas relativamente accesibles alrededor de los 1 000°C. Esto era imposible con el hierro esponja, que se funde a los 1 537°C.

Algunos investigadores creen que el hierro no sustituyó al bronce debido a un avance en el proceso tecnológico, sino porque por alguna razón el bronce escaseó. Es concebible que el suministro europeo de estaño se haya interrumpido. De hecho, el cobre y el estaño son mucho menos abundantes en la corteza terrestre que el hierro y el carbono.
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