metalurgia y ceramica en la quimica

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CELAYA

QUIMICA

PROFESORA: MA. GUADALUPE MEDINA TORRES

“METALURGIA Y CERÁMICA EN LA QUÍMICA”

INGENIERÍA INDUSTRIAL

AYALA LÓPEZ ALFREDOBANDA ELIAS CESAR CAMPA NARANJO CHRISTIAN EDUARDOCORTES ROCHA JESÚS SALVADOR

CELAYA GUANAJUATO, 10 DE OCTUBRE DE 2011

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

Metalurgia

Se determina como una ciencia y tecnología, la cual, el objeto de estudio son las operaciones industriales las cuales preparan, dan un tratamiento ya sea físico y/o química, al igual que se dedican a la producción de metales junto con sus aleaciones. En términos generales, la metalurgia comprende fases como la obtención de diversos metales a partir de diversos minerales, o purificación del metal, preparación de aleaciones, tratamientos mecánicos, tratamientos térmicos o termodinámicos para su mejor utilización, al igual que puede llegarse a obtener por medio de la metalurgia, algunos no metales. Estudia también el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión.

La gran mayoría de los metales provienen de minerales, los cuales son sustancias que se encuentran en la naturaleza, un depósito mineral cuya concentración es adecuada, en el aspecto económico para extraer minerales se le conoce como mena. Los metales más abundantes que existen como minerales en la corteza terrestre son aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio y manganeso.

Los procesos metalúrgicos constan de dos operaciones: la concentración, que consiste en separar el metal o compuesto metálico del material residual que lo acompaña en el mineral, y el refinado, en el que se trata de producir el metal en un estado puro o casi puro, adecuado para su empleo. Tanto para la concentración como para el refinado se emplean tres tipos de procesos: mecánicos, químicos y eléctricos. En la mayoría de los casos se usa una combinación de los tres.

Para obtener los diversos metales, la metalurgia comprende las siguientes tres etapas, dentro de la obtención de los metales, las cuales son:

Concentración (que es la separación de la mayor parte del material de desecho que acompaña al mineral).Proceso de obtención de metales a partir de sus menas naturales (es un mineral del que se puede extraer un elemento, un metal generalmente, por contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado) y su posterior purificación o refinado.

Procesos Físicos/Químicos. Después de triturar o moler el mineral, las partículas de mena suelen separarse del desecho por métodos físicos o químicos, los físicos suelen ser: lavado, separación electrostática o magnética, en la preparación química del mineral para la etapa siguiente, puede ser por medio de la tostación o de la calcinación.

Reducción u operación por la que el metal combinado pasa a elemento simple. El principal problema es descomponer un compuesto en el que el metal se encuentra

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frecuentemente en forma de iones positivos para transformarlo en átomos neutros, esto es realizar una reacción de reducción del metal por ganancia de electrones.

Existen diversos tipos de técnica metalúrgica, según sea el metal que se quiere beneficiar o el proceso utilizado.

Así se distinguen la siderurgia (arrabio, hierro, acero); las metalurgias especiales (cobre, aluminio, zinc, estaño, plomo, etc.), la pulvimetalurgia (metalurgia de polvos, proceso de fabricación, generalmente se realiza de metales puros, principalmente hierro, cobre, estaño, aluminio, níquel y titanio, aleaciones como latones, bronces, aceros y aceros inoxidables) y la electrometalurgia (es un conjunto de tecnologías, junto con la electricidad y otros factores, por lo cual se obtienen reacciones físicas y/o químicas la cual se emplea para obtener y/o refinar materiales; siendo así parte de la electroquímica).

Producción de metales

Un metal en su forma combinada, tiene número de oxidación positivo, la producción de un metal libre es un proceso de reducción, es decir, a veces es necesario realizar operaciones preliminares para llevar el metal a un estado químico un poco mas adecuado para la reducción. La forma de obtener un metal puro por reducción de sus compuestos depende del potencial estándar de reducción del metal. Los principales procesos metalúrgicos que se utilizan en la actualidad involucran la pirometalurgia, procesos que se llevan a cabo a temperaturas elevados, logrando la reducción por medios químicos o electroquímicos.

Reducción Química

En la reducción química se utiliza otro agente reductor metal mas electropositivo que otro, para separar al otro metal, a partir de compuestos a altas temperaturas.

Metalurgia y la Química

La relación de la metalurgia con la química empieza desde el momento en que se extrae el mineral, se necesita saber qué elementos conforman a ese mineral, y saber a partir de ahí, que metal se puede crear, que aleación es posible hacer. Todo esto bajo una serie de conocimientos de sus componentes, así también saber como mezclarlos, que propiedades hacen posibles esta mezcla, y bajo que condiciones es posible realizar esta mezcla.

Una vez obtenido el nuevo “metal o aleación” se debe saber sus características, para lograr tener conocimiento de su resistencia, durabilidad y diversas propiedades físicas, todo esto a partir de las propiedades químicas que resultan al generar el nuevo metal o aleación.



Cerámica

Epistemológicamente, cerámica, del griego κεραμικός keramikos, significa "sustancia quemada". La cerámica es el arte de fabricar objetos de porcelana, loza y barro, permite nombrar dicho arte, al conjunto de objetos producidos, al conocimiento sobre estos objetos y a todo lo perteneciente a la cerámica. Fue el primer material sintético producido por el hombre.

En la actualidad, el término Cerámica se aplica a una forma tan amplia de significados que ha perdido buena parte de su significado. Actualmente no sólo se aplica a la industria de los silicatos (grupo de minerales de mayor abundancia, constituyen 95% de la corteza terrestre), sino también a algunos artículos y recubrimientos aglutinados por medio del calor, con temperatura suficiente como para dar lugar al sinterizado, incluyendo en él a los cementos y esmaltes. De igual manera, se emplea como aislante eléctrico y térmico, en hornos, motores y blindaje.

El material cerámico es buen aislante ya que tiene la consistencia de tener una temperatura de fusión y una resistencia en compresión elevada, lo que la hace capaz para ser un buen aislante.

Para trabajar la cerámica es fundamental conocer la arcilla, siendo ésta un elemento necesario para generar algún material cerámico. La arcilla es un silicoaluminato hidratado, que, desde un punto de vista químico está compuesta de Silicio (Si), Aluminio (Al), Oxígeno (O) e Hidrógeno (H). Los silicatos forman la base de las arcillas.

Las arcillas son fundamentales en el mundo cotidiano, ya que materiales como polímeros incluyen en su composición las arcillas minerales con el fin de lograr superficies suaves al tacto y propiedades mecánicas mejoradas, como en juguetes, en los automóviles y en otros componentes, son resistentes a la flama y al desgaste. Algunos productos de alta tecnología incorporan el uso de arcillas en alta proporción, como convertidores catalíticos que se utilizan en el control de emisiones contaminantes de los vehículos de motor.

Propiedades tienen los materiales cerámicos

Las propiedades de los materiales cerámicos cubren un amplio intervalo de necesidades:

Propi edades Mecánicas Propiedades Térmicas Propiedades Ópticas Propiedades Eléctricas Propiedades Magnéticas Propiedades Químicas



Propiedades Químicas

La Cerámica Material esta constituido por diversos compuestos químicos entre los cuales encontramos minerales de la arcilla, óxidos, nitruros, carburos y vidrios, con elementos metálicos y no metálicos. En la mayoría de los casos, se trata de materiales aislantes térmicos y eléctricos que a elevadas temperaturas y frente a elementos agresivos resultan mucho más resistentes que metales y polímeros (plásticos, caucho)

Materiales cerámicos que se utilizan en la industria.

Nitruro de silicio (Si3N4) Utilizado como polvo abrasivo.

Carburo de boro (B4C) Usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.

Carburo de silicio (SiC) Empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario.

Di boruro de magnesio (MgB2) Es un superconductor no convencional.

Óxido de zinc (ZnO) Usado como semiconductor.

Ferrita (Fe3O4) Utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias

magnéticas.Esteatita Utilizada como un aislante eléctrico.

Óxido de uranio (UO2) Empleado como combustible en reactores nucleares

Óxido de itrio, bario y cobre (YBa2Cu3O7-x)

Usado como superconductor de alta temperatura.

Tipos de Arcillas

Arcilla Figulina contiene impurezas como la arena, la caliza y los óxidos de hierro

Arcilla Refractaria Contiene óxidos metálicos en abundancia y tiene la propiedad de ser muy resistente al calor

Arcilla Roja Formada por restos calcáceros y ferrígenos, polvo volcánico. Su color proviene de los componentes férricos

Arcilla Ferruginosa Está compuesta por diferentes tipos de óxido de hierro y su color es amarillo, ocre y negro, por el óxido de hierro

hidratado.Arcilla Magra/Arcilla Grasa

Tienen cierto grado de impurezas, afecta sus propiedades plásticas.

Arcilla Marga Material impermeable y frágil, contiene caliza entre 20% y 60% de su composición.



Arcilla Bentonita Son arcillas comerciales de tipo montmorillonita, son tratadas con compuestos químicos las cuales se vuelven

repelentes al agua (hidrofóbicas).

Cerámica y la Química

Dentro de la elaboración de la cerámica, es fundamental tener conocimientos de la química, ya que la química nos ayuda a entender como se relacionan los diferentes elementos que compondrán a la cerámica. Ya que para su elaboración debe entenderse que sólo se da al combinar ciertos elementos que se encuentran en la corteza terrestre, y que al combinarse pueden llegar a tener propiedades químicas que los pueden hacer útiles en diferentes áreas de trabajo.

Además de que la química ayuda a entender las reacciones que surgirán al combinar los elementos, y qué tipos de arcilla se puede obtener al combinar dichos elementos, al igual que lograr la estabilidad de los elementos para formar la cerámica y poder emplearse en cualquier área de trabajo sin correr peligro a que llegue a fallar el producto.


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