Asignatura: METALURGIA GENERAL Código: 123213022 Titulación: ING. TÉCNICO DE MINAS – Explotación de Minas

Tipo (T/Ob/Op): Op Créditos (T+P): 3 + 3

Curso (Cuatrimestre): 3º (2º) Profesor(es) responsable(s): JOSÉ CONDE DEL TESO y DIEGO JOSÉ ALCARAZ LORENTE

e-mail: [email protected] y [email protected]

Ubicación despacho: 120 y 120A (2ª planta edif. EUIT Civil)

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Departamento: INGENIERÍA DE MATERIALES Y FABRICACIÓN

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Descriptores de la asignatura según el Plan de Estudios: Fundamentos físico-químicos de la metalurgia. Operaciones.

Objetivos de la asignatura: -

-

Conocimiento de los fundamentos físico-químicos de metalúrgicas. Conocimiento de las técnicas metalúrgicas obtención de metales. Realización, a escala de laboratorio, de procesos hidrometalúrgicos y electrometalúrgicos. Conocimiento de las implicaciones medioambientales de metalúrgicas. Introducción al reciclado de metales.

las operaciones básicas para la pirometalúrgicos, las operaciones

Requisitos previos recomendables: (materias que sean aconsejables para poder cursar adecuadamente la asignatura, tanto en cursos anteriores como en el mismo curso)

- Fundamentos de Química

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA A) Programa de Teoría (completo):

Parte I: FUNDAMENTOS QUÍMICO-FÍSICOS. Tema 1: Fundamentos termodinámicos. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9.

Introducción. Termoquímica y procesos metalúrgicos. Termodinámica y Metalurgia. Energía libre. Ecuación de Gibbs-Helmholtz. Relación entre la energía libre y la constante de equilibrio. Isoterma de van´t Hoff. Equilibrios en procesos metalúrgicos. El efecto de la temperatura y la presión. Presiones de disociación. Presión de vapor y temperatura. Ecuación de Clausius-Clapeyron. Diagramas energía libre-temperatura. Aplicación a procesos metalúrgicos. Aspectos básicos de la termodinámica de disoluciones.

Tema 2: Cinética de procesos metalúrgicos. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10.

Introducción. Cinética de las reacciones heterogéneas no catalizadas. Generalidades. Naturaleza, geometría y superficie de la interfase. Etapas controlantes de la velocidad de un proceso heterogéneo. Cinética mixta. Influencia de la temperatura sobre la cinética de una reacción heterogénea. Efecto de la velocidad de agitación. Influencia del tamaño de las partículas del reactivo sólido sobre la velocidad de un proceso heterogéneo. Efecto de la concentración del reactivo de la fase líquida o gas. Relación de las fases reaccionantes. Densidad de pulpa.

Tema 3: Disoluciones acuosas de metales. Equilibrios de precipitación y complejación. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6.

Introducción. Disoluciones de electrólitos. Actividades y coeficientes de actividad. Estimación de las actividades en electrólitos acuosos. Equilibrios de precipitación. Efecto del ion común. Efecto de electrólitos inertes. Equilibrios de complejación. Empleo de procesos de precipitación en la extracción de metales.

3.7. 3.8.

Utilización de procesos de complejación en metalurgia. Influencia de los no electrólitos. Efecto de los disolventes orgánicos sobre las actividades iónicas. Aplicaciones.

Tema 4: Disoluciones acuosas de metales: Equilibrios redox. Electrólisis. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10.

Introducción. El electrodo metálico. Potencial de electrodo. Potencial electródico normal. Series electroquímica y galvánicas. Ecuación de Nernst. Variación del potencial redox con el pH. Diagramas de Pourbaix. Células galvánicas y electrolíticas. Consideraciones termodinámicas. Voltaje teórico de una célula. Densidad de corriente. Fenómenos de polarización. Potencial de descarga. Voltaje de descomposición. Leyes de Faraday. Rendimiento de corriente. Rendimiento energético.

Tema 5: Disoluciones en fases fundidas. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9.

Introducción. Escorias: Funciones y propiedades. Escorias ácidas, básicas y neutras. Escorias oxidantes y reductoras. Estructura de las escorias. Reacciones metal-escoria. Fundentes. Estructura de los fundentes. Gases en metales. Ley de Sievert.

Tema 6: Equilibrios en sistemas de fases inmiscibles. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10

Introducción. Extracción de líquidos con líquidos. Métodos de extracción. Equilibrios de extracción. Diagramas utilizados en extracción. Aplicación de los diagramas. Métodos de cálculo. Extracción de sólidos con líquidos. Métodos y cálculos de las operaciones de extracción sólido-líquido. Adsorción. Métodos y cálculos de las operaciones de adsorción. Intercambio iónico. Mecanismo. Regeneración de intercambiadores iónicos.

Tema 7: Operaciones de separación de fases. 7.1. 7.2.

Introducción. Sedimentación.

7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8. 7.9. 7.10.

Sedimentación de una partícula esférica. Sedimentación de partículas no esféricas. Sedimentación conjunta de partículas. Coagulación. Floculación. Mecanismo de sedimentación de una suspensión floculada. Equipos para sedimentación: Espesadores. Zonas de sedimentación en espesadores continuos. Sedimentación centrífuga. Ciclones. Filtración. Teorías acerca de la filtración. Cálculo de filtros. Tipos de filtros. Filtros de gravedad, de presión, de vacío y centrífugos.

Parte II: OPERACIONES Y PROCESOS METALÚRGICOS. Tema 8: Operaciones previas. Procesos de aglomeración. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9.

Introducción. Procesos de trituración. Operaciones de clasificación. Procesos de separación. Procesos de aglomeración. Sinterización. Nodulización. Peletización. Briquetado.

Tema 9: Procesos pirometalúrgicos. 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9

Introducción. Secado y calcinación. Tostación de concentrados metálicos. Tipos de tostación. Fusión para mata. Conversión de la mata. Reducción de óxidos metálicos. Fusión reductora. Reducción metalotérmica. Descomposición térmica de óxidos. Procesos de destilación en metalurgia. Metalurgia de haluros. Procesos pirometalúrgicos de extracción de algunos metales.

Tema 10: Metalurgia por vía húmeda. Lixiviación. 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 10.5. 10.6. 10.7. 10.8. 10.9.

Introducción. Lixiviación: Consideraciones generales. Lixiviación “in situ”. Lixiviación en montones. Lixiviación por precolación. Lixiviación con agitación. Lixiviación bajo presión y a temperaturas elevadas. Lixiviación bacteriana. Aplicaciones de los procesos de lixiviación en metalurgia extractiva.

Tema 11: Metalurgia por vía húmeda. Tratamiento de lixiviados. 11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 11.6. 11.7. 11.8. 11.9.

Introducción. Técnicas de precipitación. Precipitación por control del pH y de la presión parcial de oxígeno. Diagramas pH-pOxígeno. Reducción gaseosa. Cementación. Intercambio iónico. Extracción con disolventes. Ósmosis inversa. Tratamientos de lixiviados empleados en la obtención de algunos metales.

Tema 12: Electrometalurgia. 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7

Introducción. Extracción electroquímica de metales partiendo de disoluciones acuosas. Iones impureza y con varios estados de oxidación. Tratamiento de electrólitos. Utilización de diafragmas. Células típicas para la extracción electroquímica de algunos metales a partir de sus disoluciones acuosas. Obtención de metales a partir de electrólitos de sales fundidas. Extracción electroquímica de aluminio. Extracción electroquímica de magnesio.

Tema 13: Procedimientos de refino de metales. 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9

Introducción. Afino al fuego. Utilización de escorias y fundentes oxidantes en el refino de metales. Termodinámica del afino al fuego. Refino de hierro, cobre, plomo y metales nobles. Otros procesos de afino al fuego. Afino electroquímico de metales partiendo de disoluciones acuosas. Lodos anódicos. Tratamiento de electrólitos. Empleo de diafragmas. Afino electroquímico de metales a partir de electrólitos de sales fundidas. Refino de aluminio y magnesio.

Tema 14: Problemas medioambientales en metalurgia extractiva. 14.1. 14.2. 14.3. 14.4. 14.5. 14.6.

Introducción. Orígenes y tipos de contaminación generada metalúrgicos. Contaminación por gases. Tratamientos y equipos. Efluentes líquidos. Tratamientos y equipos. Residuos sólidos. Reciclado de metales.

en

procesos

14.7. 14.8. 14.9. 14.10. 14.11.

Tratamiento de chatarras. Extracción de metales secundarios. Recuperación de materiales férreos. Reciclado de aluminio, cobre, cinc, plomo, estaño y metales preciosos. Recuperación de otros metales de interés.

B) Programa de Prácticas (completo): (Indicar si la asistencia es obligatoria y si se conserva la nota de prácticas para futuras convocatorias) Denominación de la práctica Efecto de la temperatura sobre la lixiviación de galena en disoluciones ácidas de FeCl3 Equilibrios de precipitación: Efecto del pH sobre disoluciones ácidas de Cr6+ Cementación Calcinación de malaquita y azurita Tostación Lixiviación de matas cobrizas Extracción con disolventes Electrólisis de disoluciones acuosas

•

Duración (h)

Tipo de práctica (Aula, laboratorio, informática)

Ubicación física (sede Dpto., aula informática, ...)

2

Laboratorio

Laboratorios Departamento

2

Laboratorio

Laboratorios Departamento

2 2 2 2 2 2

Laboratorio Laboratorio Laboratorio Laboratorio Laboratorio Laboratorio

Laboratorios Departamento SAIT/Laboratorios Dpto. SAIT/Laboratorios Dpto. Laboratorios Departamento Laboratorios Departamento Laboratorios Departamento

La asistencia a prácticas es obligatoria. Se conserva la nota de prácticas para posteriores convocatorias.

C) Bibliografía básica: • • • • • • • •

BALLESTER, A.; VERDEJA, L. F.; y J. SANCHO: “Metalurgia extractiva”, vols. I y II. Ed. Síntesis. CHAUSSIN, C. y G. HILLY: "Metalurgia". Ed. Urmo. GILL, C. B.: "Metalurgia extractiva no ferrosa". Ed. Limusa. MOORE, J. J.: "Metalurgia química". Ed. Alhambra, S. A. MORRAL, F. R.; JIMENO, E.; y P. MOLERA: "Metalurgia general". Ed. Reverté. PARRILLA, F.: "Curso de metalurgia extractiva". Ed. E.T.S. de Ing. de Minas. Univ. Pol. de Madrid. ROSENQVIST, T.: "Principles of extractive metallurgy". McGraw-Hill Series in Materials Science and Engineering. Ed. McGraw-Hill. ROVIRA, A.: "Metalurgia general". Ed. Dossat.

D) Criterios de evaluación del alumno: • •

Se realizará un solo examen final que constará de dos partes: Teoría (seis preguntas con varios apartados) y Problemas (dos problemas). La parte teórica representará el 70 % de la nota global y los problemas el 30 % restante. Para aprobar la asignatura es imprescindible asistir a todas las sesiones de prácticas y elaborar un informe sobre las mismas.