METALES REFRACTARIOS PRESENTADO A LUZ MARINA OCAMPO CARMONA POR RAFAEL FUENTES CHICA ANDRÉS EDUARDO NIVIA LUNA LUCAS ROJAS MENDOZA

METALES REFRACTARIOS

PRESENTADO A

LUZ MARINA OCAMPO CARMONA

POR

RAFAEL FUENTES CHICA ANDRÉS EDUARDO NIVIA LUNA

LUCAS ROJAS MENDOZA

ESCUELA DE INGENIERIA DE MATERIALES

ELECTROMETALURGIA Y CORROSIÓNUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MEDELLIN

Contenido

1.1 INTRODUCCIÓN: ... 3

2.0 JUSTIFICACIÓN ... 4

3.0 OBJETIVOS ... 5

3.1 OBJETIVO GENERAL ... 5

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 5

4.0 Molibdeno ... 6

4.1 Fuentes ... 6

4.2 Comportamiento del mercado: ... 6

4.3 Productores mundiales: ... 6

4.4 Propiedades del molibdeno... 7

4.4.1 Propiedades atómicas del molibdeno: ... 7

4.4.2 Características del molibdeno: ... 8

4.5 Exposición laboral y riesgos: ... 8

4.5.1 Riesgos para la salud: ... 8

4.5.2 Otros efectos ... 8

4.6 Usos del Molibdeno: ... 9

4.6.1 Catalizadores: ... 9

4.6.2 Inhibidores de corrosión: ... 9

4.6.3 Pigmentos:... 9

4.6.4 Supresores de humo ... 9

4.6.5 Lubricantes ... 9

4.6.6 Productos químicos de molibdeno en la agricultura ... 9

4.7 Extracción y refinación:... 9

4.7.1 Molienda: ... 9

4.7.2 Flotación: ... 9

4.7.3 Tostado: ... 10

4.7.4 Fundición Ferro-molibdeno: ... 10

4.8 Tratamiento de los residuos: ... 10

5.0 TUNSGTENO ... 10

5.1 Fuentes: ... 10

5.2 Comportamiento del mercado: ... 10

5.3.2 Características del wolframio:... 12

5.4 Riesgos de exposición ... 12

5.4.1 Efectos sobre la salud: ... 12

5.4.2 Efectos crónicos sobre la salud:... 12

5.3 Papel biológico: ... 12

5.3.1 Efectos bioquímicos: ... 13

5.4 Usos del molibdeno: ... 13

5.5 Extracción refinación ... 14

5.6 Disposición de los desechos: ... 14

6.0 NIOBIO ... 15

6.1 Fuentes: ... 15

6.2 Productores: ... 16

6.3 Propiedades del niobio: ... 17

6.3.1 Propiedades atómicas del niobio: ... 17

6.3.2 Características del niobio: ... 17

6.4 Efectos del niobio sobre la salud: ... 18

6.5 Extracción / refinación: ... 18

6.6 Usos: ... 18

6.7 Disposición de los desechos ... 19

7.0 TANTALIO: ... 19

7.1 Fuentes ... 19

7.2 Comportamiento del mercado: ... 20

7.3 Producción:... 20

7.3.1 Principales Minas a Nivel Mundial: ... 21

7.4 Propiedades del tantalio: ... 22

7.4.1 Propiedades atómicas: ... 22

7.4.2 Características del tantalio ... 22

7.5 Efectos del Tantalio sobre la salud: ... 23

7.6 Usos del tantalio ... 23

7.7 Extracción y Refinación: ... 25

7.8 Reciclaje: ... 25

8.0 CONCLUSIONES ... 27

9.0 BIBLIOGRAFÍA: ... 28

1.1 INTRODUCCIÓN:

A continuación se analizan las propiedades y principales características de los 4 principales metales refractarios (molibdeno, tungsteno, niobio, tantalio), los cuales podrían catalogarse como los metales del futuro dado a sus extraordinarias y únicas propiedades Dos de ellos pertenecen al grupo IVB (Nb, Ta) y los otros dos al grupo IVB (Mo, W)

Estos metales comparten algunas características, incluyendo un punto de fusión superior a los 2000 ° C y una alta dureza a temperatura ambiente. Son químicamente inertes en gran cantidad de ambientes y además presentan buena capacidad para conducir la electricidad y el calor. Es importante mencionar que dado a su alto punto de fusión se hace necesario recurrir a la metalurgia de polvos para la fabricación de componentes con estos metales.

Los metales refractarios se utilizan en iluminación, herramientas, lubricantes,

catalizadores y dado a la capacidad superconductora de algunos de ellos para la

fabricación de capacitores, los cuales son fundamentales para la industria electrónica.

2.0 JUSTIFICACIÓN

En la actualidad la utilización de los metales refractarios está directamente relacionada con el avance tecnológico mundial, dado a sus únicas y excepcionales propiedades, como es el caso del niobio como elemento principal para los rieles en los trenes de alta velocidad (levitan), de ahí que, su estudio e investigación sean de interés mundial e incluso puedan catalogarse sus yacimientos como estratégicos para los países que los poseen.

Por lo anterior y dado a su gran utilidad en la industria y su comportamiento ante la

corrosión, se pretende mostrar en el siguiente trabajo una descripción general de las

propiedades de éstos metales, sus fuentes a nivel mundial, los productos, la variación de

los precios en los últimos años, los límites permisibles en el ambiente, los métodos de

obtención y extracción e inclusive de reprocesamiento.

3.0 OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Describir de manera general aspectos de gran relevancia concernientes al molibdeno, el tungsteno, el niobio y el tantalio.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Ilustrar la importancia de dichos metales en la industria y en el progreso tecnológico a nivel mundial.

Nombrar las principales fuentes tanto primarias como secundarias de dichos metales, como también la distribución de las reservas probadas actuales en la superficie terrestre.

Mencionar técnicas existentes para el reaprovechamiento de dichos metales a partir del

reciclaje, analizando a la vez los riesgos de dichos elementos en la salud y ambientes

humanos.

4.0Molibdeno

4.1 Fuentes: La principal fuente de molibdeno es el mineral molibdenita (MS

). También se puede encontrar en otros minerales, como la wulfenita y la powellita. El molibdeno se encuentra en muchas partes del mundo, pero pocos depósitos son lo suficientemente ricos para garantizar una recuperación rentable. La mayor parte del molibdeno proviene de minas donde su recuperación es el objetivo primario de la operación. El restante se obtiene como un subproducto de ciertas operaciones de beneficio del cobre; el molibdeno está presente en las menas con un rango de entre un 0,01% y un 0,5%.

4.2 Comportamiento del mercado:

Figura 1. Precio del molibdeno y otros metales en la década del 2000 [1]

Luego del alza en el precio del molibdeno durante los años 2007 y 2008 debido a una gran demanda en el mercado el precio de éste ha disminuido hasta estabilizarse en un promedio de US$ 11,1 por libra. En la siguiente gráfica se muestra la tendencia

Figura 2. Tendencia del valor del molibdeno [2]

4.3 Productores mundiales:Hoy en día, las principales minas de molibdeno, tanto

primarias como de subproducto, se encuentran a lo largo de la Gran Divisoria Continental

de las Américas y en China. En la siguiente gráfica se muestra la distribución de la

producción a nivel mundial:

Figura 3. Principales países productores [3]

Reservas mundiales de Molibdeno: Según la USGS (US. Geological Survey), se estima que las reservas totales de molibdeno alcanzarían 8.700 MTM(millones de toneladas métricas) a nivel mundial. De este total, 1.100 MTM le corresponderían a Chile con lo cual el país tendría el equivalente al 12,6% de las reservas mundiales conocidas.

Figura 4. Reservas mundiales de molibdeno. [4]

4.4 Propiedades del molibdeno: El molibdeno pertenece al grupo de los metales de transición, situado en la parte central de la tabla periódica, con la característica de que incluye en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones

El estado del molibdeno en su forma natural es sólido. El molibdeno es un elemento

químico de aspecto gris metálico y pertenece al grupo de los metales de transición. El

número atómico del molibdeno es 42. El símbolo químico del molibdeno es Mo. El punto

de fusión del molibdeno es de 28,6 grados Kelvin o de 2622,85 grados Celsius o grados

centígrados. El punto de ebullición del molibdeno es de 49,2 grados Kelvin o de 4638,85

grados Celsius o grados centígrados.

grupo 6 y periodo 5. El molibdeno tiene una masa atómica de 95,94 u. El molibdeno tiene un total de 42 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su tercera capa tiene 18 electrones, en la cuarta, 13 electrones y en la quinta capa tiene 1 electrón.

4.4.2 Características del molibdeno:A continuación se muestran las principales características que tiene el molibdeno (algunas ya mencionadas).

Símbolo químico Mo Óxido ácido fuerte

Número atómico 42 Estructura cristalina cúbica

centrada en el cuerpo

Grupo 6 Estado sólido

Periodo 5 Punto de fusión 2896 K

Aspecto gris metálico Punto de ebullición 4912 K

Bloque D Calor de fusión 32 kJ/mol

Densidad 10280 kg/m3 Presión de vapor 3,47Pa- 3000Pa Masa atómica 95.94 u Electronegatividad 2,16

Radio medio 145 pm Calor específico 250 J/(K·kg) Radio atómico 190 Conductividad eléctrica 18,7·106S/m Radio covalente 154 pm Conductividad térmica 139 W/(K·m) Electrones por capa 2, 8, 18, 13, 1 Estados de oxidación 2,3,4,5,6 Tabla 1. Propiedades físicas [5]

4.5 Exposición laboral y riesgos:

-Según la OSHA (Occupationalsafetey and healthadministration), la exposición máxima para un turno de 8 horas es de15 mg/m3 (como polvo total)

-Para la ACGIH(AmericanConference of Governmental Industrial Hygienists) el límite es de 3 mg/m3 (como fracción respirable) y de 10 mg/m3 (como fracción inhalable) para el metal o los compuestos insolubles del molibdeno como promedio durante de un turno de 8 horas.

4.5.1 Riesgos para la salud: Los siguientes son efectos agudos (a corto plazo) sobre la salud que pueden ocurrir inmediatamente o poco después de la exposición al molibdeno;

El contacto puede irritar la piel y los ojos. La inhalación de molibdeno puede irritar la nariz y la garganta, causando tos y respiración con silbido.

4.5.2 Otros efectos:La exposición a este metal puede causar dolor de cabeza,

cansancio, pérdida del apetito, y dolores musculares y articulares. La exposición repetida

podría causar un aumento del nivel de ácido úrico en el organismo, lo que puede llevar a

la aparición de la gota y causar anemia. El molibdeno podría además causar daño al

hígado y al riñón.

4.6 Usos del Molibdeno:Materiales a base de molibdatos son catalizadores de oxidación, son fotoactivos, y semiconductores. Muchas de las propiedades del molibdeno ofrecen oportunidades para el desarrollo de nuevas aplicaciones industriales.

4.6.1 Catalizadores:Estos tienen un número importante de aplicaciones en la industria del petróleo y del plástico. El catalizador de MoS

soportado sobre alúmina y promovido por cobalto o níquel, se prepara por sulfuración de los óxidos de cobalto y molibdeno sobre alúmina. El molibdeno no sólo permite la refinación económica de combustibles, sino también contribuye a un entorno más seguro mediante la reducción de las emisiones de azufre.

Los catalizadores basados en molibdeno se han utilizado en la conversión de carbón a hidrocarburos líquidos.

4.6.2 Inhibidores de corrosión:El molibdato de sodio se ha utilizado durante muchos años como un sustituto de los cromatos para la inhibición de la corrosión en aceros en un amplio intervalo de pH. Los molibdatos tienen una toxicidad muy baja. Una de las principales aplicaciones es la del enfriamiento del agua en sistemas de aire acondicionado y en los sistemas de calefacción para proteger el acero dulce utilizado en su construcción.

Igualmente se utilizan para inhibir la corrosión en los sistemas hidráulicos y los motores de los automóviles.

4.6.3 Pigmentos:Dentro de los pigmentos se utilizan para lograr dos propiedades: la formación de un color estable y la inhibición de la corrosión.

4.6.4 Supresores de humo: El octamolibdato de amonio se utiliza con PVC para suprimir la formación de humo.

4.6.5 Lubricantes:El disulfuro de moliddeno, la forma natural más común del molibdeno, se extrae del mineral y se purifica posteriormente para su uso directo en lubricación, dado a su gran capacidad para soportar el calor y la presión.

4.6.6 Productos químicos de molibdeno en la agricultura:El molibdeno es un oligoelemento esencial para plantas y animales. Es un componente esencial de la enzima nitrogenasa que cataliza la conversión de nitrógeno atmosférico en amoníaco. En consecuencia el molibdeno se aplica en las formulaciones de fertilizantes.

4.7 Extracción y refinación:

4.7.1 Molienda:Con molinos de Bola o de varilla se tritura el mineral extraído para separar la molibdenita de la ganga, hasta llegar a partículas de 10

mm de diámetro.

4.7.2 Flotación:El polvo de mineral y ganga se mezcla con un líquido aireado en la etapa

de flotación. El mineral menos denso se eleva en la espuma para ser recogido, mientras

que la ganga se hunde para ser desechada. En el caso de los minerales de cobre y