Mata (metalurgia)

En metalurgia, el término mata designa a un material sulfuroso semimetálico con carácter de producto intermedio en los procesos pirometalúrgicos para la extracción de metales no ferrosos. Es el resultado de la primera fusión de una mena sulfurosa de metales como cobre, plomo, plata, antimonio o níquel.

Convertidor Peirce-Smith, que permite transformar mata de cobre en cobre metálico

La mata es de interés solo por su composición química y por el hecho de que se debe fundir para extraer el metal que contiene.[nota 1] Químicamente, es comparable a una sal fundida compuesta por elementos calcófilos.

Etimología

La palabra francesa ("matte") aparece escrita hacia 1627 para designar a un producto metalúrgico intermedio. Un siglo antes, el término "matte" parece que daba nombre a un metal en bruto depurado de sus principales impurezas por martilleo.

El término, según el El tesoro de la lengua francesa o mediante un análisis dialectal simple proviene del étimo indoeuropeo mate* que significa "compacto, cada vez más compacto". Los herreros no son los únicos en utilizarlo, los ganaderos llaman matte (en femenino) o maton (en masculino) a la leche cuajada, material que luego puede ser prensado o compactado para hacer queso blanco en una primera etapa. El antiguo verbo francés del siglo XII matoner significa cuajar, coagular. Sorprendentemente, muchos diccionarios etimológicos franceses a menudo especifican un origen oscuro o incierto para este término técnico.

En alemán der Lech o das Rohmetal puede significar mata en metalurgia. Los mundos técnicos anglosajones y francófonos tienen el mismo término escrito "matte".

En español, la palabra "mata", tal como figura en el Diccionario de la Real Academia,[1] procede directamente del francés "matte".

Definiciones
Composición química simplificada de una mata de cobre

La mata contiene, además del metal buscado en el mineral, otros metales calcófilos[2] como hierro o níquel. Los elementos metálicos suelen estar presentes en forma de sulfuros de fórmulas complejas, a veces modeladas bajo la fórmula genérica:

Cu
2S, FeS, NiS…

Siempre que el azufre esté presente, se habla de mata. La mejor manera de representarla es compararla con una sal fundida.[3]

Cuando se ha eliminado el azufre, normalmente se obtiene una aleación totalmente metálica, que si contiene mucho hierro (especialmente en el caso de la métalurgia extractiva del níquel) se habla de una ferroaleación.

En la metalurgia extractiva del cobre, la mata antes de ser afinada en un convertidor a veces se denomina "mata de bronce".[4]. Contiene 40 a 50% de cobre (con respectivamente 32 a 22% de hierro para una mata hecha con alto horno), pero es posible, en algunos casos, bajar a 32% de cobre[5] Cuando todo el hierro se ha oxidado, el metal ha alcanzado un contenido de cobre de alrededor del 80 %. Ya no contiene hierro, pero sigue siendo rico en azufre y en elementos difíciles de oxidar: esta aleación intermedia se denomina "mata blanca".[4] El soplado continúa hasta obtener un metal que contiene más del 99 % de cobre, denominado “blister”.[6]

En la metalurgia extractiva del níquel, el refinado por convertidor de la mata se detiene cuando todo el hierro se ha oxidado; por lo tanto, queda algo de azufre al final del soplado. Existen, pues, dos matas de níquel: una "mata en bruto", que contiene níquel, hierro, azufre y otros metales (cobalto, cobre y metales preciosos), y una "mata blanca" (o mata de convertidor, o mata refinada), que contiene esencialmente níquel y azufre, al que se añaden dependiendo de la naturaleza del mineral, posiblemente algo de cobre y metales preciosos. La oxidación del hierro en el convertidor aumenta así el contenido de níquel del 15-60 % en la mata bruta al 40-70 % en la mata refinada.[7]

En la metalurgia extractiva de metales del grupo del platino se obtiene y refina mata de níquel-cobre como mata de níquel. Después de la oxidación del hierro en un convertidor (del tipo top-blown, Peirce-Smith o continuo), la mata blanca contiene de 2 a 6 kg de elementos preciosos por tonelada.[8]

Más generalmente, la mata se puede definir como una mezcla de azufre y metales. Edward Peters lo resume de esta forma:

sin azufre, no se puede tener mata en el sentido generalmente aceptado. El metalúrgico del cobre, naturalmente, considerará el cobre como un elemento indispensable en su mata, pero el fundidor de oro y plata podría producir una mata que no contenga trazas de cobre, o incluso de hierro. El níquel, el cobalto, el plomo o el bismuto pueden sustituir a uno o a los dos elementos mencionados, el manganeso y el zinc pueden sustituirlos en cierta medida, mientras que los metalúrgicos [ …] saben que el sulfuro de bario puede entrar en la mata sin límite.[9]

Papel en los procesos pirometalúrgicos

Obtención de la mata
Temperatura de fusión de una mata cuprosa

En algunos casos, la mata se puede obtener de forma muy sencilla. Por ejemplo, el calentamiento a 600 °C de rocas que contienen estibina genera el flujo de una mata de antimonio fundida, que así se separa de la roca estéril.[10]

Para otras matas, un proceso de tostación precede a la fusión de los materiales metálicos sulfurosos contenidos en las menas. La mata fundida se separa naturalmente de los otros componentes porque su densidad, que está entre 4 y 6 g/cm3 en el caso de la metalurgia del cobre, es menos densa que el metal fundido, pero más densa que la escoria sobrenadante. Esta última es una fase silícea a base de Fe
2SiO
4. Debido a su estructura iónica y parcialmente metálica, la mata es inmiscible con la escoria, y difícil de mezclar con el metal fundido.[2]

Al principio de siglo XXI, en la metalurgia extractiva del níquel, la obtención de la mata se puede realizar de tres formas diferentes:

  • En el procesamiento de minerales limoníticos, el mineral de níquel prerreducido se enriquece en azufre, ya sea en la fundición en hornos de prerreducción, o en la fundición en hornos eléctricos.[11] Este proceso afecta a menos del 4% de la producción de níquel a partir de minerales.[12]
  • En el procesamiento de minerales sulfurosos, el mineral aireado puede tostarse después de fundirse en un horno eléctrico.[13] Este proceso afecta aproximadamente al 15% de la producción de níquel a partir de minerales.[14]
  • El mineral de azufre concentrado también puede ser fundido por fusión flash.[15] Este proceso afecta a alrededor del 45% de la producción de níquel a partir de minerales.[16]

Utilización
Principio del "método galés", un proceso secreto desarrollado durante la Revolución Industrial. Mantenido en secreto, aseguró a los galeses la supremacía de la producción de cobre. En el siglo XIX, el agotamiento de las minas de Cornualles y el progreso de la química dejaron obsoleto este conocimiento

La mata debe ser despojada de azufre y hierro para convertirse en un metal listo para ser usado. Un método de refinamiento histórico es el método galés, basado en tostados sucesivos en hornos de reverbero.[17] Este método, mantenido en secreto, permitió a Gran Bretaña adquirir una posición preponderante en la producción de cobre hasta la década de 1880.[18] El refinado de la mata consiste, para simplificar, en 6 pasos en el horno de reverbero.[19]

En 1880, la invención del proceso Manhès-David, inspirado en el convertidor Bessemer, contribuyó a la desaparición del método galés. Mientras que el procesamiento del mineral requiere de de 10 a 15 días y consume 15 tm de carbón con el método antiguo, la fundición y el soplado de mata con el proceso Manhès-David se realiza en 4 horas y solo requiere 500 kg de coque.[19]

Al comienzo del siglo XXI, el proceso Manhès-David seguía siendo el método dominante para refinar las matas, aunque había evolucionado considerablemente. En 2010, todavía representaba el 90 % del afinado de matas de cobre.[20] Participa en el procesamiento de minerales de níquel sulfuroso, interviniendo, en 2011, en el 60% de la extracción de níquel[21]

La generalización del convertidor Peirce-Smith a principios del siglo XX, por lo tanto, mantuvo la mata como un producto intermedio esencial en la metalurgia extractiva de metales no ferrosos a partir de minerales sulfurosos (blenda, calcopirita, galena, pentlandita y otros). Sin embargo, en la metalurgia extractiva del cobre, algunas fundiciones que utilizan hornos fusión flash potencian la oxidación para quemar todo el azufre contenido en la mata, con el fin de producir el metal directamente.[22]

Notas
  1. El papel de la mata en la metalurgia es por tanto similar al del arrabio en la siderurgia. También podría compararse con las ferroaleaciones, con la diferencia de que estas se comercializan y utilizan en forma solidificada.

Referencias
  1. Real Academia Española. «mata». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). mata (2): Del fr. matte. 1. f. Ingen. Sulfuro múltiple que se forma al fundir menas azufrosas, crudas o incompletamente calcinadas.
  2. Blazy, Pierre; Jdid, El-Aid. «Pyrométallurgie et électroraffinage du cuivre - Pyrométallurgie». En Éditions techniques de l'ingénieur, ed. Techniques de l'ingénieur (en francés).
  3. Davenport, William G. I.; King, Matthew J.; Schlesinger, Marc E.; Biswas, A. K. (2002). «64». En Elsevier, ed. Extractive Metallurgy of Copper (en inglés) (4 edición). Oxford/New York/Tokyo. p. 432. ISBN 0-08-044029-0.
  4. 560-573. «Métallurgie : bessemérisation du cuivre». Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale. 3 XV. 1920.
  5. Levy, Donald M. (1912). «203-204». En C. Griffin & company, limited, ed. Modern copper smelting (en inglés).
  6. Levy, 1912, p. 207-208
  7. Krundwell, Frank K.; Moats, Michael S.; Ramachandran, Venkoba; Robinson, Timothy G.; Davenport, William G. (2011). «93 ; 103 ; 206 ; 215». En Elsevier, ed. Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals (en inglés). p. 610. ISBN 978-0-08-096809-4.
  8. Krundwell et al., 2011, p. 442-450.
  9. Peters, Edward Dyer (1905). «228». En The Engineering and Mining Journal, ed. Modern copper smelting (en inglés) (7 edición).
  10. Hunt, Robert (1864). «106». En Appleton and Company, ed. A supplement to Ure's Dictionary of Arts, Manufactures, and Mines, containing a clear exposition of their principles and practice. (en inglés). New York.
  11. Krundwell et al., 2011, p. 96 ; 103.
  12. Krundwell et al., 2011, p. 51-53.
  13. Krundwell et al., 2011, p. 9 ; 203-209.
  14. Krundwell et al., 2011, p. 203-206.
  15. Krundwell et al., 2011, p. 9 ; 208 ; 215 ; 221-222.
  16. Krundwell et al., 2011, p. 215.
  17. Levy, 1912, p. 195
  18. Congress of the United States, ed. (septembre de 1988). «104». Copper Production Technology [Technology and competitiveness] (en inglés) (6).
  19. Van de Velde, Clement (10 de décembre de 1885). 21-26. En Gustav Fischer, ed. «The treatment of copper ores by the Manhès Process». Minutes of proceedings of the engineering society of New South Wales (en inglés) 1.
  20. Schlesinger, Marc E.; King, Matthew J.; Sole, Kathryn C.; Davenport, William G. I. (2011). «143». En Elsevier, ed. Extractive Metallurgy of Copper (en inglés) (5 edición). p. 455. ISBN 978-0-08-096789-9.
  21. Krundwell et al., 2011, p. 2 ; 15
  22. Schlesinger et al., 2011, p. 87
Este artículo ha sido escrito por Wikipedia. El texto está disponible bajo la licencia Creative Commons - Atribución - CompartirIgual. Pueden aplicarse cláusulas adicionales a los archivos multimedia.