SEMANA 3 MT 442

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SEMANA 3 
FUNDICIÓN. GENERALIDADES, PRODUCTOS DE LA FUNDICIÓN. 
ESCORIA. PROPIEDADES QUÍMICAS. CLASIFICACIÓN. FUNDENTES Y 
TEMPERATURA DE FORMACIÓN DE LAS ESCORIAS. CARACTERÍSTICAS. 
 
 
 
FUNDICIÓN 
La fundición es una forma de metalurgia extractiva. El proceso de fundición que 
implica calentar y reducir la mena mineral para obtener un metal puro, y separarlo de 
la ganga y otros posibles elementos. Generalmente se usa como agente reductor una 
fuente de carbono, como el coque, el carbón o el carbón vegetal en el pasado. El 
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carbono (o el monóxido de carbono generado a partir de él) saca el oxígeno de la mena 
de los óxidos (o el azufre, carbonato, etc... en los demás minerales), dejando el metal en 
su forma elemental. Para ello el carbono se oxida en dos etapas, primero produciéndose 
monóxido de carbono y después dióxido de carbono. Como la mayoría de las menas 
tienen impurezas, con frecuencia es necesario el uso de un fundente o castina, como 
la caliza, para ayudar a eliminar la ganga acompañante en forma de escoria. 
También se denomina fundición al proceso de fabricar objetos con metales fundidos 
mediante moldes; que suele ser la etapa siguiente a la fundición extractiva, que es de la 
que trata este artículo. Las plantas para la 
reducción electrolítica del aluminio generalmente también se denominan fundiciones, 
aunque se basan en un proceso físico completamente diferente. En ellas no se funde el 
óxido de aluminio, sino que se disuelve en fluoruro de aluminio para producir 
la electrólisis de la mena. Normalmente se utilizan electrodos de carbono, pero en las 
plantas de diseño más moderno se usan electrodos que no se consuman. El producto final 
es aluminio fundido. en lo cual se quema todo el contenido ya que es fuego. 
PROCESO 
 
 Proceso de fundición realizado en altos hornos. 
 
Esquema de un horno de fundición de cañones de hierro. Se añade alternativamente capas de 
carbón y mineral de hierro (A). En la parte inferior del horno existían unas toberas por donde se 
forzaba la entrada de aire mediante unos grandes fuelles (B). En el crisol del horno se encontraba 
un orificio por el que fluía el arrabio y se dirigía al molde del cañón (C). Encima de esta abertura, 
pero debajo de las toberas, había otra boca por donde se sacaba la escoria (D). 
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La fundición es un proceso que implica más que la simple fusión del metal para extraerlo 
de la mena. La mayoría de las menas minerales son compuestos en los que el metal está 
combinado con el oxígeno (en los óxidos), el azufre (en los sulfuros) o el carbono y el 
oxígeno (en los carbonatos), entre otros. Para obtener el metal en su forma elemental se 
debe producir una reacción química de reducción que descomponga estos compuestos. 
Por ello en la fundición se requiere el uso de sustancias reductoras que al reaccionar con 
los elementos metálicos oxidados los transformen en sus formas metálicas. 
CALCINACIÓN 
La calcinación es el proceso de calentar el mineral hasta altas temperaturas para disipar 
su materia volátil. En el caso de los carbonatos y sulfatos este proceso sirve para eliminar 
el azufre y el carbono no deseados, transformándolos en óxidos que pueden reducirse 
directamente. Por ello la calcinación en estos casos se hace en ambientes oxidantes. 
Algunos ejemplos prácticos son: 
• la malaquita, una mena corriente del cobre, es principalmente carbonato de 
cobre (CuCO3). Este mineral se descompone térmicamente a CuO y CO2 en 
varias etapas entre los 250°C y 350°C. El dióxido de carbono se libera en la 
atmósfera dejando el óxido de cobre que se puede reducir como se describe 
en la siguiente sección. 
• la galena, el mineral más común del plomo, se compone principalmente de 
sulfuro de plomo (PbS). El sulfuro se oxida a sulfito (PbSO3) en su primera 
etapa de descomposición térmica que origina óxido de plomo y anhídrido 
sulfuroso gas (PbO y SO2). El dióxido de azufre (como el dióxido de carbono 
en el ejemplo anterior) se disipa en la atmósfera y el óxido de plomo se reduce 
incluso en una combustión abierta al aire. 
REDUCCIÓN 
La reducción es la etapa final a altas temperaturas de la fundición. Aquí es cuando el 
óxido se convierte en metal elemental. El ambiente reductor (generalmente 
proporcionado por el monóxido de carbono que se produce por la combustión incompleta 
del carbono en el interior del horno poco ventilado) saca a los átomos de oxígeno del 
mineral puro. Las temperaturas necesarias varían en un amplio rango, tanto en la 
comparación entre los distintos metales como en la relación con el punto de fusión del 
propio metal. Por ejemplo: 
• el óxido de hierro se convierte en hierro metálico alrededor de los 1250°C, 
casi 300 grados por debajo del punto de fusión del hierro que es de 1538°C; 
• el óxido de mercurio se convierte en vapor de mercurio cerca de los 550°C, 
casi 600 grados por encima de su punto de fusión de -38°C. 
En el caso de la fundición del hierro el coque quemado como combustible para calentar 
el horno además al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de 
hierro del mineral y los reduce a hierro metálico, según la ecuación: 
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 ↑ 
En el caso de la fundición del cobre el producto intermedio producido en la calcinación 
se reduce según la reacción: 
CuO + CO → Cu + CO2 ↑ 
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En ambos casos el gas de dióxido de carbono se disipa en la atmósfera dejando el metal 
libre. 
FUNDENTES 
En el proceso de fundición se usan los fundentes con varios propósitos, los principales 
son catalizar las reacciones deseadas o que se unan químicamente a las impurezas o 
productos de reacción no deseados para facilitar su eliminación. El óxido de calcio, en 
forma de caliza, se usa a menudo con este propósito, ya que puede reaccionar con el 
dióxido de carbono y el dióxido de azufre producidos durante la calcinación y la 
reducción manteniéndolos fuera del ambiente de reacción. 
Los fundentes y la escoria pueden proporcionar un servicio secundario adicional 
después de que se haya completado la etapa de reducción, recubrir con una capa fundida 
el metal purificado para evitar que entre en contacto con el oxígeno, que al estar todavía 
tan caliente se oxidaría rápidamente. 
En la fundición del hierro se emplea la caliza al cargar el horno como fuente adicional 
de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con 
la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para 
formar silicato de calcio, de mayor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de 
hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas 
forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. 
FUSIÓN 
La fundición implica reacciones térmicas en los que al menos un producto es 
una fase fundida. 
Generalmente la temperatura de reacción requerida se obtiene mediante carbón, o sus 
derivados. Se produce monóxido de carbono (CO), que es un poderoso agente reductor. 
Este agente reduce el oxígeno del óxido metálico y origina CO2 y el metal elemental. 
Puede necesitarse añadir otros materiales como fundentes. Impurezas tales como 
compuestos de silicio reaccionan con este material y generan escoria. A ésta se le puede 
eliminar fácilmente por flotación. 
Minerales de carbonatos también se funden con carbón, pero a veces necesitan ser 
previamente calcinados. 
Por lo general la fundición se lleva a cabo a una temperatura superior al punto de fusión 
del metal, pero los procesos varían considerablemente según el mineral participante y 
otras variables. 
REFINO 
El refino o refinación consiste en eliminación de impurezas remanentes en el material, 
mediante un tratamiento térmico. Esto comprende una amplia gama de procesos, que 
requieren diferentes tipos de horno o incluso otra factoría. El término «refinado» también 
puede referirse a ciertos procesos electrolíticos en frío. Por ello algunos tipos de 
refinación pirometalúrgica se conocen como «refinado al fuego». 
Algunos de los métodos de refino son: 
VOLATILIZACIÓN 
https://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbono
https://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lisis
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https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_silicio_(IV)
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Obtención del metal o de un compuesto metálico que pasa directamente a gas. A veces se 
emplea un reactivo intermedio que genera un compuesto volátil del metal. Después de 
extraer el metal se reutiliza el compuesto. Es refino químico. A veces lo que interesa es 
el residuo, como en el caso de extracción mediante amalgama, pero a éste no se le 
considera proceso pirometalúrgico. 
METALOTERMIA 
Consiste en substitución, en un compuesto, de un metal por otro metal más activo o 
más ávido del metaloide que constituía el compuesto original. Es el caso de la producción 
de titanio mediante el proceso Kroll. 
 
FUNDICION 
Desde el punto de vista de l flujo de fluidos los metales líquidos se comportan en forma 
semejante al agua ,pudiendo ser vaciados y agitados ,pueden fluir a través de conductos 
y orificios, la viscosidad de los metales líquidos en general no es mucho mayor que la 
viscosidad del agua .En cuanto a la tensión superficial de un líquido metálico es mucho 
más alta que para el agua , esta alta tensión superficial provoca que los metales líquidos 
no impregnen las superficies refractarias con las cuales se ponen en contacto , los metales 
pueden ser colocados en recipientes con paredes relativamente porosas ,sin que el metal 
liquido tenga tendencia a penetrar por capilaridad en las paredes 
 
ESCORIA 
 
Las escorias son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales. 
Se pueden considerar como una mezcla de óxidos metálicos; sin embargo, pueden 
contener sulfuros de metal y átomos de metal en forma de elemento. Aunque la escoria 
suele utilizarse como un mecanismo de eliminación de residuos en la fundición del metal, 
https://es.wikipedia.org/wiki/Gas
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también pueden servir para otros propósitos, como ayudar en el control de la temperatura 
durante la fundición y minimizar la reoxidación del metal líquido final antes de pasar al 
molde.1 
En la naturaleza, los minerales de metales como el hierro, el cobre, el aluminio y otros 
metales se encuentran en estados impuros, a menudo oxidados y mezclados 
con silicatos de otros metales. 
Durante la fundición, cuando la mena está expuesta a altas temperaturas, estas impurezas 
se separan del metal fundido y se pueden retirar. La colección de compuestos que se retira 
es la escoria. 
Los procesos de fundición ferrosos y no ferrosos producen distintas escorias. Por ejemplo, 
la fundición del cobre y el plomo, no ferrosa, está diseñada para eliminar el hierro y 
la sílice que suelen darse en estos minerales, y se separa en forma de escoria basada en 
silicato de hierro. Por otro lado, la escoria de las acerías, en las que se produce una 
fundición ferrosa, se diseña para minimizar la pérdida de hierro y por tanto contiene 
principalmente calcio, magnesio y aluminio. 
La escoria tiene muchos usos comerciales y raramente se desecha. A menudo se vuelve a 
procesar para separar algún otro metal que contenga. Los restos de esta recuperación se 
pueden utilizar como balasto para el ferrocarril y como fertilizante. Se ha utilizado como 
metal para pavimentación y como una forma barata y duradera de fortalecer las paredes 
inclinadas de los rompeolas para frenar el movimiento de las olas. 
ESCORIA DE ALTO HORNO 
A menudo se utiliza escoria granular de alto horno en combinación con el mortero de 
cemento pórtland como parte de una mezcla de cemento (el componente "escoria de alto 
horno" se añade como adición en la fabricación del cemento después de la sinterización 
y molienda del clinker pórtland). Este tipo de escoriareacciona con el agua para producir 
propiedades cementosas. El mortero que contiene escoria granular de alto horno 
desarrolla una gran resistencia durante largo tiempo, ofreciendo una menor permeabilidad 
y mayor durabilidad. Como también se reduce la unidad de volumen de cemento pórtland, 
el mortero es menos vulnerable al álcali-sílice y al ataque de sulfato. 
ESPUMACIÓN DE LA ESCORIA 
Recientemente la espumación de las escorias ha cobrado interés. La espumación de la 
escoria está causada principalmente por la generación de burbujas de gas monóxido de 
carbono, dióxido de carbono, vapor de agua, dióxido de azufre, oxígeno e hidrógeno en 
el interior de la escoria, que se hace espumosa como si fuera agua jabonosa. 
En un horno básico de oxígeno (HBO), la espumación de la escoria está causada por la 
combustión del carbono del propio metal, y es un inconveniente del proceso; la escoria 
espumosa puede eyectarse violentamente, quitando metal del horno y creando un humo 
denso y marrón que puede causar problemas en el sistema de eliminación de humo o 
causar un problema de salud y seguridad. La espumación se puede controlar mediante la 
inyección de gas en la base del horno, o introduciendo partículas finas de coque en la 
escoria. 
Sin embargo, en un horno de arco eléctrico (HAE), la espumación de la escoria está 
causada por la combustión deliberada de partículas grandes de coque introducidas en la 
escoria. La espumación es vital para el funcionamiento de los HAEs modernos, ya que la 
espuma envuelve a los arcos, protegiendo las paredes y el techo del horno del calor 
https://es.wikipedia.org/wiki/Escoria_(metalurgia)#cite_note-1
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https://es.wikipedia.org/wiki/Coque
https://es.wikipedia.org/wiki/Horno_de_arco_el%C3%A9ctrico
radiante de los arcos y transfiriendo una mayor cantidad del calor del arco a la fundición, 
mejorando así la eficiencia del horno. La espumación de la escoria también se utiliza en 
la fundición del cobre, níquel, cromo y (experimentalmente) del hierro. Se está llevando 
a cabo mucha investigación para comprender mejor la espumación de la escoria y para 
aplicar ese conocimiento a las plantas metalúrgicas de todo el mundo. 
 
ESCORIAS, en esta se elimina la mayor parte de las impurezas, tiene menor densidad 
y va en la parte superior. 
Los factores que deben tomarse en cuanta para la formación de escorias son: 
Fusibilidad, peso específico, viscosidad y fluidos 
Las escorias son de 2 tipos: silicatadas y no silicatadas 
Índice de silicatación = oxígeno en la sílice/ suma oxígeno en los óxidos básicos 
Nombre escoria Formula 
metalúrgica 
Índice silicatación Ejemplo 
Subsilicatada 4RO.SiO2 0.5 4CaO. SiO2 
Monosilicatada 2RO.SiO2 1 2FeO. SiO2 
Sesquisilicatada 4RO.3SiO2 1.5 4FeO. 3SiO2 
Bisilicatada RO.SiO2 2 FeO. SiO2 
Trisilicatada 2RO.3SiO2 3 2FeO. 3SiO2 
RO = oxido básico = CaO, FeO, Al2O3 
 
FUNDENTES 
En el proceso de fundición se usan los fundentes con varios propósitos, los principales 
son catalizar las reacciones deseadas o que se unan químicamente a las impurezas o 
productos de reacción no deseados para facilitar su eliminación. El óxido de calcio, en 
forma de caliza, se usa a menudo con este propósito, ya que puede reaccionar con el 
dióxido de carbono y el dióxido de azufre producidos durante la calcinación y la 
reducción manteniéndolos fuera del ambiente de reacción. 
Los fundentes y la escoria pueden proporcionar un servicio secundario adicional después 
de que se haya completado la etapa de reducción, recubrir con una capa fundida el metal 
purificado para evitar que entre en contacto con el oxígeno, que al estar todavía tan 
caliente se oxidaría rápidamente. 
En la fundición del hierro se emplea la caliza al cargar el horno como fuente adicional 
de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con 
la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para 
formar silicato de calcio, de mayor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de 
hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas 
forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. 
 
FUNDENTES , son sustancias minerales y para su aplicación como tales deben reunir 
las condiciones de la facilidad de obtención y bajo costo 
https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquel
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https://es.wikipedia.org/wiki/Escoria_(metalurgia)
El principal fundente acido que se utiliza es la sílice 
De los fundentes básicos son utilizados los óxidos de hierro ,la piedra caliza. 
FUNDENTE 
Es una amplia gama de productos químicos que se utilizan en los los procesos de fusión 
de los minerales para rebajar el punto de fusión y eliminar parte de la escoria del propio 
proceso de fusión. También se llaman fundentes a los productos que se usan en los 
procesos de soldadura blanda para protegerla de la oxidación y otras impurezas que haya 
en la zona de soldadura así como acelerar el bañado de metales cuando son calentados 
por la aleación de aportes. 
 
PROBLEMA 
Supongamos que un mineral de la siguiente composición 60 % de SiO2, 10 % de CaO, 10 % de 
Feo , 5 % MnO , 15 % de sustancias no escorificables. Durante el proceso de la fundición se 
desea obtener una escoria bisilicatada. 
Se pide calcular : las bases para neutralizar la silice y que por conveniencia a la fundicion se 
debe neutralizar 20 Kg con FeO y 13. 47 Kg con CaO 
Tomar 100 Kg de mineral= Base Formula: RO.SiO2 
SiO2 = 100 x 0.6 = 60 Kg 
CaO = 10 
FeO = 10 
MnO = 5 
No escorificables = 15 
FeO . SiO2 72 ------------ 60 
 10 --------------- x x = 8.33 Kg SiO2 
CaO . SiO2 56 ------------ 60 
 10 --------------- x x = 10714 Kg SiO2 
Mn . SiO2 71 ------------ 60 
 5 --------------- x x = 4.225 Kg SiO2 
Total SiO2 = 23.272 Kg de SiO2 
Exceso de SiO2 en los 100 de base = 60 – 23.272 = 36.728 Kg SiO2 
72 FeO --------- 60 SiO2 
20 Kg FeO ----- x x = 16.667 Kg SiO2 CaO = 36.72- 16.66 = 20.06 Kg SiO2 
 56 CaO --------- 60 SiO2 
 13.47 Kg CaO ----- x x = 14.432 Kg SiO2 
 
SiO2 = 20.065- 14.432 = 5.629 
 
PROBLEMA 
https://www.quimica.es/enciclopedia/Punto_de_fusi%C3%B3n.htmlhttps://www.quimica.es/enciclopedia/Escoria.html
https://www.quimica.es/enciclopedia/Oxidaci%C3%B3n.html
Se tiene un mineral de la siguiente composición 3 % de SiO2, 20 % de CaO, 35 % de Feo , 2 % 
MgO , 2 % ZnO, 38 % de sustancias no escorificables . Para el fundente se tiene la siguiente 
composición : 86 % de SiO2, 14 % de FeO. Durante el proceso de la fundición se desea 
obtener una escoria sesquisilicatada. 
Se pide calcular la cantidad de mineral y fundente para una TM de carga. 
Solucionario 
Se observa que la sílice está en defecto, porque en el fundente hay exceso de SiO2 
Tomar 100 Kg de mineral= Base 
SiO2 = 100 x 0.03 = 3 Kg 
CaO = 20 
FeO = 35 
MgO = 2 
ZnO = 2 
La formula metalúrgica de la escoria sesquisilicatada es 4 RO - 3 SiO2 
Balance de SiO2 4 CaO . 3 SiO2 4 x 56 ------------ 3 x 60 
 20 --------------- x x = 16.07 Kg SiO2 
 4 FeO . 3 SiO2 4 x 72 ------------ 3 x 60 
 35 --------------- x x = 21.875Kg SiO2 
 4 MgO . 3 SiO2 4 x 40 ------------ 3 x 60 
 2 --------------- x x = 2.25 Kg SiO2 
 4 ZnO . 3 SiO2 4 x 81 ------------ 3 x 60 
 2 --------------- x x = 1.11 Kg SiO2 
 ∑ = 41.307 Kg SiO2 
 
Si el fundente fuera puro, no habría ningún problema 
SiO2 necesario = 41.307 – 3 = 38.307 Kg SiO2 
 
Base: 100 Kg de fundente 
SiO2 = 100 x 0.86 = 86 Kg SiO2 
FeO = 14 Kg 
 4 FeO . 3 SiO2 4 x 72 ------------ 3 x 60 
 14 --------------- x x = 8.75 Kg SiO2 
SiO2 libre = 86 – 8.75 = 77.25 Kg SiO2 
 77.25 Kg SiO2 --------- 100 fundente 
 38.307 ----------------- x x = 49.588 Kg fundente 
 
Carga % Peso 
Mineral 100.00 66.85 668.5 
Fundente 49.588 33.115 331.55 
 149.588 1000 Kg = 1 Tonelada