La metalurgia es un sector de la economía y a la vez una ciencia de gran importancia gracias a la cual, además de movilizar la economía promueve el desarrollo humano.
¿Qué es la metalurgia?
La metalurgia es ante todo la ciencia de la aleación. A partir de los tres grandes: hierro, cobre y aluminio, y quizás otros veinte elementos que también son nombres familiares, es posible generar más o menos la gama completa de aleaciones de uso común. Por supuesto, la interacción entre pares o números más grandes de elementos se describe, en función de la temperatura y las composiciones, mediante un diagrama de fase. La comprensión de estos diagramas es como la leche materna para un metalúrgico, y no se puede cuestionar su importancia. (1)
Entonces, podemos concluir que la metalurgia es la ciencia y la tecnología de los metales y las aleaciones. (2)
En el sentido moderno, la metalurgia es la ciencia que estudia las propiedades químicas y físicas de los metales, incluido su rendimiento cuando se utilizan con fines industriales. El término metalurgia a menudo se refiere a los procedimientos utilizados en la extracción de metales del mineral, así como a los procesos relacionados con la purificación de metales y la producción de aleaciones. También se refiere a la fabricación de objetos a partir de metal o la metalurgia. La práctica de la metalurgia se ha llevado a cabo durante miles de siglos.
En general, los metales elementales, en su forma pura, son demasiado blandos para usos industriales. Por eso, la ciencia de la metalurgia tiende a centrarse en la fabricación de aleaciones, en las que se combinan metales entre sí o con no metales. El acero y el hierro fundido son ejemplos de aleaciones de hierro y carbono. El aluminio, el cobre, el hierro, el magnesio y el zinc son los metales que más se utilizan, generalmente en sus formas de aleación.
La metalurgia sea la razón por la que fue posible la creación de armamento medieval y de las nuevas herramientas como el hacha y otras para trabajar en agricultura.
El estudio de la metalurgia se puede dividir en tres grupos generales:
1) metalurgia de proceso
La metalurgia de procesos se ocupa de la extracción de metales de sus minerales y la refinación de metales. Las etapas del proceso metalúrgico pueden dividirse en cuatro, estas son: obtención, afino, elaboración de aleaciones y tratamientos posteriores. Podemos hablar de producción de acero, fundición y aluminiom entre otros procesos.
2) metalurgia física
La metalurgia física se ocupa de las propiedades físicas y mecánicas de los metales afectados por el procesamiento de la composición y las condiciones ambientales.
3) metalurgia mecánica
La metalurgia mecánica se ocupa de la respuesta de los metales a las fuerzas aplicadas. Esto se aborda en capítulos posteriores de esta sección.
Pasos de la metalurgia
La metalurgia consta de tres pasos generales (3):
(1) extraer el mineral,
(2) separar y concentrar el metal o el compuesto que contiene el metal
(3) reducir el mineral al metal.
A veces se requieren procesos adicionales para mejorar las propiedades mecánicas del metal o aumentar su pureza. Muchos minerales contienen concentraciones relativamente bajas del metal deseado; por ejemplo, los minerales de cobre que contienen incluso un 1% de Cu en masa se consideran comercialmente útiles.
Después de que se ha extraído un mineral, el primer paso en el procesamiento suele ser triturarlo porque la velocidad de las reacciones químicas aumenta drásticamente con el aumento del área de superficie. A continuación, se utiliza una de las tres estrategias generales para separar y concentrar los compuestos de interés:
sedimentación y flotación, que se basan en las diferencias de densidad entre el compuesto deseado y las impurezas; la pirometalurgia, que utiliza la reducción química a altas temperaturas; e hidrometalurgia, que emplea la reducción química o electroquímica de una solución acuosa del metal. También se pueden utilizar otros métodos que aprovechan las propiedades físicas o químicas inusuales de un compuesto particular. Por ejemplo, los cristales de magnetita (Fe3O4) son imanes pequeños pero bastante poderosos; de hecho, la magnetita (también conocida como piedra imán) se usó para hacer las primeras brújulas en China durante el primer siglo antes de Cristo. Si un mineral triturado que contiene magnetita pasa a través de un imán potente, las partículas de Fe3O4 son atraídas a los polos del imán, lo que les permite separarse fácilmente de otros minerales.
Es posible diferenciar entre varios procesos que se llevan a cabo en el marco de la metalurgia. La primera tarea consiste en obtener el metal a partir del mineral, una acción que puede lograrse a través de operaciones químicas (como la oxidación, la lixiviación y la hidrólisis) o físicas (molienda, decantado, centrifugado, destilación, etc.).
La producción de aleaciones y la purificación para quitar impurezas son otros procesos ejecutados por la metalurgia, que está considerada como uno de los sectores más importantes y dinámicos de la economía a nivel mundial.
Es importante conocer que dentro de la metalurgia existen distintas ramas. Entre las más significativas se encuentra la metalurgia extractiva. Esta es la que se encarga de estudiar los métodos químicos que deben llevarse a cabo para conseguir que las menas minerales, con el correspondiente proceso, permitan obtener metales con distintos grados de pureza.
Esas operaciones que se realizan dentro de esta citada rama pueden ser de dos tipos: las de vía seca y las de vía húmeda. Ambas se llevan a cabo con elementos tales como el hierro, el cobre, el zinc, el aluminio, el acero o el níquel, por ejemplo.
En ocasiones, suelen confundirse metalurgia y siderurgia. No obstante, son cosas diferentes. Así, podemos establecer que esa última viene a ser la metalurgia que se encuentra especializada en el acero, el hierro y sus correspondientes fundiciones.
La siderurgia tenemos que indicar, además, que tiene aplicaciones muy variadas. En concreto, está presente tanto en la industria automovilística como en la fabricación de envases de bebidas e incluso en el sector de la construcción (estructuras, fachadas, cubiertas, hormigón armado…).
Referencias bibliográficas:
(1) A.H. WINDLE, in Physical Metallurgy (Fourth Edition), 1996
(2) Ramesh Singh, in Applied Welding Engineering (Third Edition), 2020
(3) “Metallurgy” del libro Principles of General Chemistry (Principios de la Química general)
https://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0/s27-03-metallurgy.html