obtenció i transformació dels metalls

Després de la fusta i els ossos els materials metàl•lics són els que es coneixen i s’utilitzen des de fa més temps amb finalitats tecnològiques.

El metall és un producte semielaborat que s’obté a partir de les primeres matèries minerals que en contenen estan constituïts per la mena –metall contingut en la massa mineral- i la ganga –conjunt de minerals que no es poden aprofitar-.

Les acumulacions naturals de minerals s’anomenen jaciments i l’activitat tecnològica que s’encarrega de realitzar l’extracció és la mineria.

L’explotació es realitza mitjançant les mines que poden ser de dos tipus:

LES MINES A CEL OBERT

són explotacions en forma de terrasses en espiral per tal de facilitar el transport del mineral extret de la superfície terrestre. L’extracció comença amb la perforació o la voladura del mineral que després es mou i es carrega amb maquinària pesant.

LES MINES SUBTERRÀNIES

són explotacions a l’interior de la terra en forma de galeries horitzontals que faciliten els treballs d’extracció del mineral, i en galeries verticals que formen el sistema de descens i de ventilació per arribar fins al mineral o proporcionar aire.

Les mines subterrànies solen contenir millors menes que les mines a cel obert però la seva explotació és molt més perillosa.

Un cop extrets els minerals en quantitat i qualitat suficients se sotmeten a diverses operacions per tal de separar la mena de la ganga. L’activitat industrials per la què s’obtenen els metalls a partir dels minerals s’anomena metal·lúrgia. Es poden aplicar diferents mètodes:

RENTAR EL MINERAL: en un corrent d’aigua perquè aquest n’arrossegui les partícules més lleugeres.

UTILITZAR ELECTROIMANS: per atraure’n les partícules metàl·liques.

SUBMERGIR EL MINERAL: en un líquid escumós perquè les partícules menys pesants quedin en les bombolles d’escuma.

DISSOLDRE LA GANGA: amb productes químics. Aquest procés s’anomena lixiviació. Un cop s’ha eliminat la ganga, cal extreure el metall que conté la mena. Per això s’utilitzen mètodes diferents segons el tipus de metall de què es tracti.

Els metalls no fèrrics s’extreuen mitjançant processos elèctrics i químics.  En els metalls fèrrics el mètode més usat és la fusió del mineral.  

El procés per preparar el mineral sol reduir-lo a partícules molt fines i difícils de manipular i que poden obstruir la maquinària que intervé en els processos. Per aquest motiu se sotmet el mineral al procés de sintetització en què es premsa la barreja de pols metàl·lica en blocs perquè sigui més fàcil de manipular.

Un cop obtinguts els productes metal·lúrgics aquests es transformen en les indústries del metall –la siderúrgia- per tal de convertir-los en objectes útils per satisfer les nostres necessitats.

El ferro és un metall que ja era conegut pels Sumeris cap a l’any 2500 aC i caracteritza una època històrica, l’anomenada Edat de Ferro.

El ferro (Fe) no es troba en estat pur a la naturalesa sinó barrejat amb altres elements químics. Els principals minerals de ferro que resulten rendibles industrialment són:

L'oligist que té una mena formada per òxid fèrric (Fe₂O₃) la varietat més important és l'hematites roja, d'aspecte compacte, terrós i de color vermellós.

La magnetita també anomenada "pedra imant" que té una mena formada per òxid ferrós (Fe₃O₄), presenta masses compactes i lluents de color negrós.

La limonita que òxid de ferro hidratat (FeO·nH₂O), es troba en abundant masses terroses, l'extracció és fàcil i el seu color és groguenc bru.

La siderita té la mena formada per carbonat ferrós (FeCO₃), la seva proporció de ferra és baixa però és un mineral molt apreciat ja que normalment es troba acompanyat de mangès i de cobalt, tots dos amb un gran valor tecnològic.

El ferro s’obté de la fusió del ferro procedent de les mines. Aquest procés es duu a terme en els alts forns, on s'escalfa el minaral de ferro i carbó a temperatures molt elevades ( més de1500ºC).
 
Un alt forn és una torre recoberta de material refractari formada per dos troncs de con invertits, de longituds diferents i units per la part més ampla. La seva alçada acostuma a ser d'uns 30 metres amb un diàmetre màxim de 6 metres.

El procés que se segueix per obtenir el ferro és:

El mineral de ferro s’introdueix per la bocana barrejat amb carbó de coc que és un tipus de carbó amb un alt poder calorífic que s’obté a partir de la destil·lació de l’hulla o del carbó de pedra i també se n'extreuen els gasos.

Per la part inferior s'introdueix aire calent a pressió que fa possible la combustió del carbó.
El mineral baixa lentament a través del cup. Quan arriba a la zona més ampla del forn (ventre) la temperatura ja supera el punt de fusió del ferro i de les impureses (escòria) que es fonen conjuntament.
 
El material fos es precipita al gresol a través de l’etalatge. El ferro fos queda al fons perquè aquest és més dens i l’escòria sura per damunt.
 
L’escòria s’extreu per l’orifici anomenat forat d’escòria que està situat a la part superior del gresol.
 
El ferro fos s’anomena ferro colat i s’extreu per un orifici anomenat forat de colada i està situat al fons del gresol, aquest té moltes impureses i un alt percentatge de carboni, per la qual cosa cal sotmetre'l a un procés d'afinament que s'efectua en forns amb injecció d'oxigen; d'aquestes fases en sortiran els acers comuns i les foses.
 
El ferro pur, també anomenat ferro dolç és la forma més pura del ferro que s'usa en indústria. S'obté a partir del ferro colat després d'haver-ne eliminat les impureses. Conté un 99.8 % de ferro, la seva densitat és de 7.9 g/cm³ i té un punt de fusió alt, 1535 ºC. És de color gris brillant però es torna marronós a causa de la formació d’òxid (rovell). S’imanta amb facilitat, és relativament fràgil i no és pas gaire dur, per això és poc útil en estat pur.

 

ACTIVITATS 22 - 25