Accions del document
Inici Index     Anterior Següent
2 de 2
Materials

2.2. Obtenció dels materials metàl·lics


2.2.1. Metal·lúrgia primària dels aliatges fèrrics

El ferro (Fe) no es troba a la naturalesa químicament pur, sinó que el més habitual és trobar-ho present en diversos minerals, en forma de compostos més o menys complexes (òxids, sulfurs, carbonats, etc.). El procés siderúrgic consisteix a reduir químicament el mineral de ferro per a l’obtenció de ferro líquid.

fig 15

Figura 15. Esquema d’un complex d’alt forn per a l’obtenció d’acer a partir de mineral (metal·lúrgia primària). Font: elaboració pròpia.


Per que un procés siderúrgic sigui econòmicament viable, cal que el mineral tingui un mínim de 20 % de ferro, raó per la qual habitualment es treballa amb concentrats de mineral, que habitualment estan constituïts de magnetita (Fe3O4, que conté un 70 % de Fe) i la siderita (FeCO3, amb un 50 % de Fe, aproximadament). Aquest concentrat es barreja amb carbó i substàncies silíciques i calcàries que formaran l’escòria. Tota la matèria primera, s’’introdueix a la part superior de l’alt forn.

Ambients molt reductors, gràcies a la presència de monòxid de carboni (CO), provoquen la reducció a estat metàl·lic d’elements amb punts de fusió inferiors al de l’acer. Ambients oxidants afavoreixen la formació d’òxids més estables que els de ferro a la temperatura del forn. Els òxids gasosos s’eliminen “sols” i els líquids o sòlids se separen a les escòries de fusió. El producte obtingut a l’alt forn s’anomena arrabi i no és directament utilitzable, en tant que conté excessives quantitats de carboni i sofre. A partir d’aquí, l’obtenció de l’aliatge final requerirà de l’afinament del producte obtingut a l’alt forn (convertidor) amb l’addició d’elements d’aliat
ge.

Pel que fa a l’obtenció d’alumini, la principal font d’aquest metal és la bauxita (òxids d’Al, Fe, Si, Ti i d’altres), que es refina per obtenir òxid d’alumini (alúmina) que després es reduirà a alumini metàl·lic.

Les característiques d’aquest òxid fan ineficaços els procediments convencionals. Una ferralla d’alumini de composició “coneguda” es pot fondre i colar sense problemes (Fig. 16). El producte és un alumini amb prestacions mecàniques inferiors a l’alumini inicial (degradació d’ús). Els elements més problemàtics en la ferralla d’alumini són el Cu, el Si i el Mg. Cal realitzar una anàlisi espectrogràfica de les ferralles per conèixer el contingut d’aquests elements.
 

fig 16
Figura 16. Esquema del procés d’obtenció d’Alumini a partir de Bauxita i Alúmina. Font: elaboració pròpia.

 

A la Taula 4 es recullen les etapes del procés d’obtenció d’Alumini i les reaccions majoritàries que es produeixen:
 

Taula 4.  Pricipals reaccions que es produexien durant el procés d’obtenció d’Alumini.

taula 4 taula 4


Les plantes de producció d’alumini primari estan localitzades per tot el món, a llocs on hi ha disponibilitat de recursos d’energia elèctrica econòmica.

Per a la producció d’1 kg d’Alumini primari, cal processar 2 kg d’alúmina, que és el resultat de processar 4 kg de bauxita i 8 kwh d’electricitat. Així la producció mundial de bauxita, avui dia, es localitza a Austràlia, Sudoest d’Àfrica, Brasil i Jamaica.
 
2.2.2. Metal·lúrgia secundària

El procés de reciclatge per als metalls generalment consta d’un procés de fusió i afinament. En una ferralla normal es podrien identificar més de 20 elements que en una fusió simple passarien a formar part del metall colat. Com a conseqüència, apareixen defectes que no sempre són previsibles o controlables (segregacions, fases incoherents…). El procés d’afinament separa el component majoritari dels minoritaris.

La primera etapa del reciclatge és una separació magnètica que permet obtenir una fracció fèrrica diferenciada de la resta de materials. Les impureses més importants, pel que fa a continguts, són Zn, Sn, Si i C, les quals són molt difícils d’eliminar.
 

Taula 5.  Descripció de les parts d’una matèria primera de mineral de ferro.

Fracció
Contingut
Fracció fèrrica
 
Part de la matèria primera que s’envia a les acereries, desprès d’una separació magnètica o manual de la resta de fracció metàl·licas.

El Bureau of Mines proposa un procés de separació de metalls per a ferralla d’automòbils que consisteix en una trituració de la massa metàl•lica, seguida d’una separació magnètica (Fe) i una separació per medis densos (per exemple, l’alumini, mitjançant suspensions de barita).

 
Fracció no fèrrica
Sovint conté ferralla d’altres metalls, com ara:

• Sn, que prové de llaunes
• Cd, de peces cadmiades
• Cu, de motors elèctrics (contactes elèctrics)
• Zn, de peces galvanitzades
• Ni, de peces niquelades
 

 

En els processos d’obtenció i reciclatge de l’alumini es repeteixen situacions tan complexes com en el de l’acer, però amb un inconvenient afegit: la formació d’òxid. Aquest inconvenient fa que les temperatures que cal assolir al procés de fusió de ferralla, siguin molt superiors a les que, inicialment semblaria, i/o que els forns de fusió evitin la interacció del metall calent o fos amb l’aires. Això justifica el cost que té obtenir alumini mitjançant el processat de ferralles.
 
A la Taula 6 es comparen els costos, en termes d’emissions de CO2, per a l’obtenció de l’acer i l’alumini, mitjançant processos de metal·lúrgia primària o secundària:

Pel que fa a la metal·lúrgia secundària de coure, els cables elèctrics es trituren i per densitat se separen de restes de polímer. Els metalls que no se separen per densitat s’eliminen per fusió i afinament electrolític.


Taula 6. Emissions associades als processos d’obtenció d’acers i aluminis.

 taula 6

El coure, i els seus aliatges, són molt estables en estat metàl·lic i no s’oxiden amb facilitat, la qual cosa afavoreix que els processos de reciclat proporcionin materials molt purs, aptes per fabricar nous components (especialment elèctrics). Les impureses més comunes en el coure són Pb, Sb i Bi, de les soldadures de circuits electrònics; Ni, Zn i Sn, d’aliatges rics en coure (alpaca, llautons, bronzes), i també Ag, dels contactes platejats dels circuits elèctrics d’alta tensió.