La metalurgia es la ciencia y el conjunto de técnicas industriales dedicadas a la extracción, procesamiento y tratamiento de metales a partir de minerales metálicos. El objetivo es obtener materiales óptimos para diversas aplicaciones en la industria y la vida cotidiana.
Las técnicas de metalurgia se emplean para realizar la preparación, el tratamiento físico o químico, la producción y la aleación de metales según sea su utilización.miniaturadeimagen|derecha|Empresa metalúrgica. La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales a partir de minerales metálicos. También estudia la producción de aleaciones. El control de calidad de los procesos. La metalurgia es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnología y el arte de obtener metales y minerales industriales, de importancia técnica, científica o tecnológica de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.
La ciencia de la metalurgia se subdivide en dos grandes categorías: metalurgia química y metalurgia física. La metalurgia química se ocupa principalmente de la reducción y la oxidación de los metales, así como del rendimiento químico de los mismos cuestan. la metalurgia química incluye el procesamiento de minerales, la extracción de metales, la termodinámica, la electroquímica y la degradación química (corrosión). En cambio, la metalurgia física se centra en las propiedades mecánicas de los metales, las propiedades físicas de los metales y el rendimiento físico de los metales. Los temas estudiados en la metalurgia física incluyen la cristalografía, la Caracterización de materiales, la metalurgia mecánica, la transformaciones de fase y el mecanismos de fallo.
Históricamente, la metalurgia se ha centrado predominantemente en la producción de metales. La producción de metales comienza con el procesamiento de minerales para extraer el metal, e incluye la mezcla de metales para hacer aleaciones. Las aleaciones de metales suelen ser una mezcla de al menos dos elementos metálicos diferentes. Sin embargo, a menudo se añaden elementos no metálicos a las aleaciones para conseguir las propiedades adecuadas para una aplicación. El estudio de la producción de metales se subdivide en metalurgia ferrosa (también conocida como metalurgia negra) y metalurgia no ferrosa (también conocida como metalurgia del color). La metalurgia ferrosa comprende procesos y aleaciones basados en el hierro, mientras que la metalurgia no ferrosa comprende procesos y aleaciones basados en otros metales. La producción de metales ferrosos representa el 95% de la producción mundial de metales."Металлургия". en La Gran Enciclopedia Soviética. 1979.
Los metalúrgicos modernos trabajan tanto en áreas emergentes como tradicionales como parte de un equipo interdisciplinario junto a científicos de materiales, y otros ingenieros. Algunas áreas tradicionales incluyen el procesamiento de minerales, la producción de metales, el tratamiento térmico, el análisis de fallos y la unión de metales (incluyendo la soldadura, la soldadura fuerte y la soldadura). Las áreas emergentes para los metalúrgicos incluyen la nanotecnología, la superconductores, los composites, los materiales biomédicos, los materiales electrónicos (semiconductores) e ingeniería de superficies.
Etimología La palabra metalurgia deriva del griego antiguo μεταλλουργός, metallourgós, "trabajador del metal", de μέταλλον, métallon, "mina, metal" + ἔργον, érgon, "trabajo": En la Encyclopædia Britannica de 1797 se habla de ella en este sentido. A finales del , se extendió al estudio científico más general de los metales, las aleaciones y los procesos relacionados.
Historia El cobre fue uno de los primeros minerales trabajados por el hombre, ya que se encuentra en estado casi puro (cobre nativo) en la naturaleza. Junto al oro y la plata se utilizó desde finales del Neolítico, golpeándolo, al principio, hasta dejarlo plano como una lámina. Después, como consecuencia del perfeccionamiento de las técnicas cerámicas, se aprendió a fundirlo en horno y vaciarlo en moldes, lo que permitió fabricar mejores herramientas y en mayor cantidad. Esto originó la Edad del Cobre de la humanidad (también conocida como Calcolítico).
Posteriormente, se experimentó con diversas aleaciones, como la del arsénico, que produjo cobre arsenicado; o la del estaño, que dio lugar al bronce e inició la Edad del Bronce de la humanidad. El bronce, más duro y cortante que el cobre, apareció hacia el 3000 a. C.
thumb|Regiones productoras de metales en la Edad Antigua en Oriente Próximo. Se muestran marcadas las áreas de prevalencia del bronce arsenioso y del bronce de estaño durante el III milenio a. C.
Se han encontrado pequeñas cantidades de oro natural en cuevas españolas que datan del Paleolítico tardío, 40 000 a. C. La plata , el cobre, el estaño y el hierro meterítico también se pueden encontrar en forma nativa, lo que permite una cantidad limitada de trabajo de metales en las culturas tempranas. Las armas egipcias hechas de hierro meteórico alrededor del 3000 a.C. eran muy apreciadas como dagas del cielo.W. Keller (1963) The Bible as History. p. 156. Ciertos metales, en particular estaño, plomo, y a una temperatura más alta, el cobre se puede recuperar de sus minerales simplemente calentando las rocas en un fuego o en un alto horno, un proceso conocido como fundición. La primera evidencia de esta metalurgia extractiva, que data del quinto y sexto milenio antes de Cristo,H.I. Haiko, V.S. Biletskyi. First metals discovery and development the sacral component phenomenon. // Theoretical and Practical Solutions of Mineral Resources Mining // A Balkema Book, London, 2015, р. 227-233.. se ha encontrado en sitios arqueológicos en Majdanpek, Jarmovac cerca de Priboj y Pločnik , en la actual Serbia. Hasta la fecha, la evidencia más temprana de fundición de cobre se encuentra en el sitio de Belovode cerca de Plocnik. Este sitio produjo un hacha de cobre del 5500 a.C., perteneciente a la Cultura de Vinča.Neolithic Vinca was a metallurgical culture Stonepages from news sources November 2007 El uso más temprano de plomo está documentado en el asentamiento neolítico tardío de Yarim Tepe en Irak:
La fundición de cobre también está documentada en este sitio aproximadamente en el mismo período de tiempo (poco después del 6000 aC), aunque el uso de plomo parece preceder a la fundición de cobre. La metalurgia temprana también está documentada en el sitio cercano de Tell Maghzaliyah, que parece estar fechado incluso antes, y carece por completo de esa cerámica. Los Balcanes fueron el sitio de las principales culturas neolíticas, incluidas Butmir, Vinča, Varna, Karanovo y Hamangia.
El proceso de adquisición de los conocimientos metalúrgicos fue diferente en las distintas partes del mundo, siendo las evidencias más antiguas de fundición del plomo y el cobre del VII milenio a. C., en Anatolia y en Kurdistán. En América no hay constancia hasta el I milenio a. C. y en África el primer metal que se consiguió fundir fue el hierro, durante el II milenio a. C.
El hierro comenzó a trabajarse en Anatolia hacia el tercer milenio a. C. Este mineral requiere altas temperaturas para su fundición y moldeado, para ser así es más maleable, duro y resistente que el cobre. Algunas técnicas usadas en la antigüedad fueron el moldeo a la cera perdida, la soldadura o el templado del acero. Las primeras fundiciones conocidas empezaron en China en el , pero no llegaron a Europa hasta el , cuando aparecieron los primeros altos hornos.
El empleo de los metales se debió, inicialmente, a la necesidad que se creó el hombre de utilizar objetos de prestigio y ostentación (adornos de cobre), para, posteriormente, pasar a sustituir sus herramientas de piedra, hueso y madera por otras mucho más resistentes al calor y al frío (hechas en bronce y, sobre todo, hierro). Los utensilios elaborados con metales fueron muy variados: armas, herramientas, vasijas, adornos personales, domésticos y religiosos. El uso de los metales repercutió, a partir de la generalización del hierro, de diversas formas en la conformación de la civilización humana: Se intensificó la producción agropecuaria. El trabajo se especializó y diversificó. Aumentaron los intercambios. Se institucionalizó la guerra.
En la Edad Media la metalurgia estaba muy ligada a las técnicas de purificación de metales preciosos y la acuñación de moneda.
El metal y sus aleaciones thumb|Vertido de bronce en un molde Los metales más comunes en ingeniería son el aluminio, el cromo, el cobre, el hierro, el magnesio, el níquel, el titanio, el zinc y el silicio. Estos metales se utilizan con mayor frecuencia como aleaciones, con la notable excepción del silicio.
Se ha hecho un gran esfuerzo por comprender el sistema de aleaciones hierro-carbono, que incluye el acero y el hierro fundido. Aceros al carbono (los que contienen esencialmente sólo carbono como elemento de aleación) se utilizan en aplicaciones de bajo coste y alta resistencia, donde ni el peso ni la corrosión son una preocupación importante. Las fundiciones, incluida la fundición dúctil, también forman parte del sistema hierro-carbono. Las aleaciones de hierro-manganeso-cromo (aceros tipo Hadfield) también se utilizan en aplicaciones no magnéticas, como la perforación direccional.
El acero inoxidable, en particular el aceros inoxidables austeníticos, el acero galvanizado, aleaciones de níquel, aleación de titanio, u ocasionalmente aleaciones de cobre se utilizan, cuando la resistencia a la corrosión es importante.
Las aleaciones de aluminio y las aleaciones de magnesio se utilizan habitualmente cuando se requiere una pieza ligera y resistente, como en las aplicaciones de automoción y aeroespaciales.
Las aleaciones de cobre-níquel (como el Monel) se utilizan en entornos altamente corrosivos y para aplicaciones no magnéticas.
Las superaleaciones basadas en el níquel, como el Inconel, se utilizan en aplicaciones de alta temperatura, como turbinas de gas, turbocompresores, recipientes a presión e intercambiadores de calor.
En el caso de temperaturas extremadamente altas, se utilizan aleaciones de monocristal para minimizar el descenso. En la electrónica moderna, el silicio monocristalino de alta pureza es esencial para los transistores metal-óxido-silicio y los circuitos integrados.
Metalurgia extractiva miniaturadeimagen|derecha|Producción de acero en una siderúrgica. La metalurgia extractiva es el área de la metalurgia en donde se estudian y aplican operaciones y procesos para el tratamiento de minerales o materiales que contengan una especie útil (oro, plata, cobre, etc.), dependiendo el producto que se quiera obtener, se realizarán distintos métodos de tratamiento.
Es la práctica que consiste en extraer los metales valiosos de un mineral y refinar los metales en bruto extraídos en una forma más pura. Para convertir un óxido metálico o sulfuro en un metal más puro, el mineral debe ser reducido físicamente, químicamente o electrolítico. Los metalúrgicos extractivos se interesan por tres flujos primarios: alimentación, concentrado (óxido/sulfuro de metal) y relaves. (residuos).
Tras la extracción, los grandes trozos de la alimentación de mineral se rompen mediante trituración o molienda para obtener partículas lo suficientemente pequeñas, en las que cada partícula es mayoritariamente valiosa o mayoritariamente residuo. La concentración de las partículas de valor en una forma que admita la separación permite extraer el metal deseado de los residuos.
La extracción puede no ser necesaria si el yacimiento y el entorno físico son propicios para la lixiviación. Por medio de la lixiviación se disuelven los minerales de un yacimiento y da lugar a una solución enriquecida. La solución se recoge y se procesa para extraer los metales valiosos. Los yacimientos minerales suelen contener más de un metal valioso.