Asignatura: METALURGIA GENERAL

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: jose.conde@upct.es y
diego.alcaraz@upct.es
Ubicación despacho: 120 y 120A (2ª planta edif.
EUIT Civil)
web:
Departamento: INGENIERÍA DE
MATERIALES Y FABRICACIÓN
web:
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:
•
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•
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.