Fundiciones

La fundición es una forma de metalurgia extractiva. El proceso de fundición implica calentar y reducir la mena mineral para obtener un metal puro, y separarlo de la ganga y otros posibles elementos. Generalmente se usa como agente reductor una fuente de carbono, como el coque, el carbón o el carbón vegetal en el pasado. El carbono (o el monoxido de carbono generado a partir de él) saca el oxigeno de la mena, dejando el metal en forma elemental. Por ello el carbono se oxida en dos etapas, primero produciéndose monóxido de carbono y después dióxido de carbono. Como la mayoría de las menas tienen impurezas, con frecuencia es necesario el uso de un fundente o castina, como la caliza, para eliminar la ganga acompañante en forma de escoria.

También se denomina fundición al proceso de fabricar objetos con metales fundidos mediante moldes, que suele ser la etapa siguiente a la fundición extractiva, que es de la que trata este artículo. Las plantas para la reducción electrolítica del aluminio generalmente también se denominan fundiciones, aunque es un proceso completamente diferente. En ellas no se funde el óxido de aluminio sino que se disuelve en fluoruro de aluminio. Normalmente se utilizan electrodos de carbono, pero en las plantas de diseño más moderno se usan electrodos que no se consuman. El producto final es aluminio fundido.

 Procesos

La fundición requiere más que la simple fusión del metal para extraerlo de la mena. La mayoría de las menas minerales son compuestos en los que el metal está combinado con el oxigeno (en los óxidos), el azufre (en los sulfuros ) o el carbono y el oxígeno (en los carbonatos), entre otros. Para obtener el metal se debe producir una reacción química de reducción que descomponga estos compuestos. Por ello la fundición implica usar sustancias reductoras que al reaccionar con los elementos metálicos oxidados los transformen en sus formas metálicas.

Calcinación

La calcinación es el proceso de calentar el mineral hasta altas temperaturas para disipar su materia volátil. En el caso de los carbonatos y sulfatos este proceso sirve para eliminar el azufre y el carbono no deseados, transformándolos en óxidos que pueden reducirse directamente. Por ello la calcinación en estos casos se hace en ambientes oxidantes. Algunos ejemplos prácticos son:

• la malaquita, una mena corriente del cobre, es principalmente carbonato de cobre (CuCO₃). Este mineral se descompone térmicamente a CuO y CO₂ en varias etapas entre los 250°C y 350°C. El dióxido de carbono se libera en la atmósfera dejando el oxido de cobre que se puede reducir como se describe en la siguiente sección.

• la galena, el mineral más común del plomo, se compone principalmente de sulfuro de plomo (PbS). El sulfuro se oxida a sulfito (PbSO₃) en su primera etapa de descomposición térmica que origina oxido de plomo y anhídrido sulfuroso gas (PbO y SO₂). El dióxido de azufre (como el dióxido de carbono en el ejemplo anterior) se disipa en la atmósfera y el oxido de de plomo se reduce incluso en una combustión abierta al aire.

  

Reducción

La reducción  es la etapa final a altas temperatura de la fundición. Aquí es cuando el óxido se convierte en metal elemental. El ambiente reductor (generalmente proporcionado por el monóxido de carbono que se produce por la combustión incompleta del carbono en el interior del horno poco ventilado) saca a los átomos de oxígeno del mineral puro. Las temperaturas necesarias varían en un amplio rango, tanto en la comparación entre los distintos metales como en la relación con el punto de fusión del propio metal. Por ejemplo:

• El óxido de hierro se convierte en hierro metálico alrededor de los 1250°C, casi 300 grados por debajo del punto de fusión del hierro que es de 1538°C.

• El óxido de mercurio se convierte en vapor de mercurio cerca de los 550°C, casi 600 grados por encima de su punto de fusión de -38°C.

En el caso de la fundición del hierro. El coque quemado como combustible para calentar el horno, al arder libera monoxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico, según la ecuación:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ ↑

En el caso de la fundición del cobre el producto intermedio producido en la calcinación se reduce según la reacción:

CuO + CO → Cu + CO₂ ↑

En ambos casos el gas de dióxido de carbono se disipa en la atmósfera dejando el metal libre.

Fundentes

En el proceso de fundición se usan los fundentes con varios propósitos, los principales son catalizar las reacciones deseadas o que se unan químicamente a las impurezas o productos de reacción no deseados para facilitar su eliminación. El oxido de calcio, en forma de caliza, se usa a menudo con este propósito, ya que puede reaccionar con el dióxido de carbono y el dióxido de azufre producidos durante la calcinación y la reducción manteniéndolos fuera del ambiente de reacción.

Los fundentes y la escoria pueden proporcionar un servicio secundario adicional después de que se haya completado la etapa de reducción, recubrir con una capa fundida el metal purificado para evitar que entre en contacto con el oxígeno, que al estar todavía tan caliente se oxidaría rápidamente.

En la fundición del hierro se emplea la caliza al cargar el horno como fuente adicional de monoxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno.

Vincenzo Di Serafino C.I. 26.033.535

Bibliografía:

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_(metalurgia)