Metales y Metalurgia

Etapas en la obtención de un metal Extracción del mineral Concentración o separación del mineral (Eliminación de impurezas) 3. Reducción para la obtención del metal libre Reductores: C, Al, Mg, H2 4. Refinación o purificación del metal (opcional) 5. Formación de aleaciones (opcional)

Minerales Más fáciles de trabajar: óxidos; sulfuros y carbonatos Más difíciles de trabajar: silicatos

Obtencion de Ti (proceso Kroll) TiO2 (rutilo) + C  carburos estables TiO2 + C + 2 Cl2  TiCl4 + CO2 TiCl4 + 2 Mg  Ti + 2 MgCl2 (en atmósfera de Ar) Purificación (método de van Arkel y de Boer) Ti + 2 I2  TiI4 TiI4  Ti + 2 I2 (descomposición al vacío sobre alambre caliente)

Obtención de Cr Obtención de Mn FeCr2O4 (cromita) + 4 C  Fe + Cr + 4 CO (ferrocromo) 2 FeCr2O4 + 7/2 O2 + 8 NaOH   2 Fe(OH)3 + 4 Na2CrO4 + H2O 2 Na2CrO4 + 2 H+  Na2Cr2O7 + 2 Na+ + H2O Na2Cr2O7 + 2 C  Cr2O3 + Na2CO3 + CO Cr2O3 + Al  Al2O3 + Cr Obtención de Mn 3 MnO2 (pirolusita) + 4 Al  2 Al2O3 + 3 Mn (puro) óx. de Mn + óx. de Fe + C (ó CO)  ferromanganeso

Obtención de Fe Mineral + coque + piedra caliza 2 C + O2  2 CO C + H2O  CO + H2 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO  3FeO + CO2 FeO + CO  Fe + CO2 3Fe2O3 + H2  2Fe3O4 + H2O Fe3O4 + H2  3FeO + H2O FeO + H2  Fe + H2O Eliminación del SiO2 CaCO3  CaO + CO2 CaO + SiO2  CaSiO3 (escoria)

Obtención de acero Impurezas del Fe: C; P; S; Mn; otros metales Oxidación controlada de impurezas con O2 El C se elimina como CO; el S como SO2 y el P como P2O5 Los metales de oxidan a óxidos, y se agrega SiO2. Los óxidos de los metales forman silicatos MO + SiO2  MSiO3 Agregado de trazas de otros metales

Refinación electrolítica Obtención de Cu 2 CuFeS2 (cupropirita) + 5 O2  2 Cu + 2 FeO + 4 SO2 Refinación electrolítica Cu  Cu2+ + 2 e- Cu2+ + 2 e-  Cu

Obtención/purificación de Au y Ag Depósitos de Au y Ag elementales; barros anódicos 4 Au + 8 CN- + O2 + H2O  4 Au(CN)2- + 4 OH- 2 Au(CN)2- + Zn  Zn(CN)4-2 + 2 Au Obtención de Zn ZnS (blenda) + O2  ZnO + SO2 2 ZnO + C (coque)  2 Zn + CO2

Obtención de Sn Obtención de Pb Obtención de Hg SnO2 (casiterita) + C  Sn + CO2 Obtención de Pb 2 PbS (galena) + 3 O2  2 PbO + 2 SO2 2 PbO + C  2 Pb + CO2 PbS + PbO  2 Pb + 2 SO2 Obtención de Hg HgS (cinabrio) + O2  Hg + SO2

Metales Maleables y dúctiles Elevada conductividad térmica Elevada conductividad eléctrica Brillo Altos puntos de fusión Sc = 1541 Cr = 1857 Ni = 1455 Y = 1522 Mo = 2617 Pd = 1554

Modelo del “mar de electrones” Conductividad eléctrica y térmica No explica completamente el brillo y las diferencias en los puntos de fusión

Teoría de bandas Brillo?? Puntos de fusión?? Sc = 1541 Cr = 1857 Ni = 1455 Y = 1522 Mo = 2617 Pd = 1554

Teoría de bandas - Conductividad Eléctrica Banda llena solapada con banda vacía Banda parcialmente llena Banda llena y banda vacía muy separadas Aislante Conductores

Teoría de bandas - Conductividad Eléctrica Semiconductores Banda llena y banda ligeramente ocupada Intrínseco Extrínseco Tipo n + T Banda llena y banda vacía cercanas + n Banda vacía y banda casi completa + p Extrínseco Tipo p

Conductividad eléctrica y Superconductividad Conductores: la conductividad disminuye con la temperatura Semi Conductores: la conductividad aumenta con la temperatura A muy bajas temperaturas desaparece la resistencia a la conductividad

contracción de los lantánidos Metales de Transición Radio atómico Estados de oxidación Radios similares contracción de los lantánidos