OBRES

OBRES

Divulgació científica
Estadístiques

Gran enciclopèdia catalana

metal·lúrgia

metalurgia (es), metallurgy (en)
substantiu femeníf
Tecnologia

Sumari de l’article

metalurgia (es), metallurgy (en)
metal·lúrgia Forn elèctric en una foneria de Barcelona
© Fototeca.cat
metal·lúrgia metal·l
Branca de la ciència i de la tècnica que estudia els procediments per a l’obtenció dels metalls i llur transformació i elaboració per a una utilització racional.

Els primers metalls utilitzats per l’home foren els metalls natius, principalment el coure, l’or, l’argent i, molt rarament, el ferro d’origen meteorític. La reducció de minerals de coure i, posteriorment, de minerals de coure i estany, per tal d’obtenir el bronze, fou iniciada entre els anys 4000 i 3000 aC. Gairebé alhora es desenvolupà la metal·lúrgia del plom i dels aliatges d’or i argent. Cap a l’any 2000 aC hom coneixia ja els procediments de fosa, amb el sistema dit de la cera perduda , per a la fabricació d’estàtues de bronze, com també les operacions d’embotir i d’encunyar. L’edat del ferro s’inicià cap a l’any 1300 aC, i les aplicacions principals d’aquest metall eren les eines de treball i la fabricació d’armes; els mètodes de forja per a conformar el ferro roent i les tècniques de tremp per a endurir-lo foren aviat coneguts i utilitzats. Una part important d’aquests coneixements es perderen, i segles més tard, encara durant el primer mil·lenni, hom inicià l’obtenció de ferro pel procediment dit de la farga catalana; més tard hom començà a utilitzar l’energia hidràulica per a la forja dels metalls. Durant el s XV la metal·lúrgia del coure tornà a ocupar un pla important gràcies a la possibilitat de fabricació de canons de bronze pel procediment de fosa, i poc temps després hom arribà a obtenir la fosa de ferro. Durant el s XVIII hom obtingué el zinc metàl·lic (per a elaborar llautó), el cobalt i el níquel, i cap a la meitat d’aquell mateix segle foren construïts els primers alts forns per a l’obtenció de ferro. El 1827 hom obtingué per primera vegada l’alumini; el procediment de Bessemer, el forn Siemens-Martin, el procediment de Thomas (1855) i el forn elèctric d’arc (1900) completaren les possibilitats d’obtenció de l’acer. Després de la Segona Guerra Mundial, els avenços en el camp de la metal·lúrgia estigueren caracteritzats per les necessitats de producció, per a ús industrial, de metalls anteriorment només utilitzats en el laboratori (titani, molibdè, vanadi, beril·li, urani) i per una recerca de nous mètodes més econòmics per a l’obtenció de metalls i aliatges i de millorament de llurs propietats mecàniques i químiques. Les exigències de l’aeronàutica i de l’astronàutica afavorí el desenvolupament dels aliatges dels metalls lleugers, i la demanda creixent de metalls promogué noves tècniques per a la utilització de minerals pobres. Per a l’obtenció de certs metalls hom emprà els sistemes de buit, i foren assolides les màximes dureses gràcies als cermets (cermet). Posteriorment han aparegut gran nombre d’aliatges que conserven propietats a elevades temperatures: superaliatges (níquel, cobalt, crom i ferro) i metalls endurits per dispersió interna d’òxids i de fibres. Entre els procediments de conformació de les peces metàl·liques cal destacar l’increment de la erimetal·lúrgia. Els principals assaigs de recerca s’han realitzat al Skylab (laboratori de l’espai), en camp gravitatori aproximat de 10 -4 g, alt buit i radiació solar molt intensa. En aquestes condicions hom ha fabricat mostres de gran resistència i tenacitat mitjançant la solidificació unidireccional d’eutèctics; hom ha obtingut, aliatges alumini-indi, plom-gal·li i lantà-cadmi, i monocristalls amb molt poques dislocacions. En el camp de la metal·lúrgia hom distingeix la metal·lúrgia extractiva , que té per finalitat l’obtenció dels metalls a partir de les menes minerals, la metal·lúrgia física , que estudia les característiques físiques i mecàniques dels metalls i els aliatges en funció de llur estructura cristal·lina i la variació d’aquestes característiques per influència de la temperatura, del treball mecànic, de la composició química, etc, i la metal·lúrgia mecànica , que estudia els procediments de transformació mecànica dels metalls (conformació i mecanització) per a donar-los la forma convenient amb vista a una utilització industrial. L’anàlisi de la constitució i de l’estructura dels metalls correspon a la metal·lografia. La primera fase de la metal·lúrgia extractiva consisteix en la preparació de les menes minerals que contenen els metalls per tal d’obtenir-ne un producte susceptible d’ésser tractat per a l’obtenció del metall. Aquesta preparació comprèn les operacions de trituració, mòlta i concentració del mineral. Per a la trituració hom utilitza les matxucadores de mandíbules o bé les trituradores giratòries de tipus cònic o de martells, i per a la mòlta els molins més sovint emprats són els de cilindres i els de martells. La trituració i la mòlta combinades amb el garbellament permeten d’obtenir un producte pulverulent uniforme, amb unes partícules d’uns 0,15 mm de diàmetre, adequades per al tractament posterior. Els procediments de concentració més emprats són el de flotació i el magnètic, aquest darrer aplicable als minerals de ferro que es presenten en forma de magnetita. En la segona fase de la metal·lúrgia extractiva hom obté, a partir del mineral concentrat, el metall brut, el qual és sotmès després a un procés d’afinament. Hom empra diverses tècniques d’extracció. La pirometal·lúrgia utilitza procediments per via seca, en els quals hom obté la calor necessària per a la reacció a partir de combustibles. Són procediments pirometal·lúrgics la sinterització (procés d’aglomeració de partícules sòlides a una temperatura lleugerament inferior a la de fusió), la calcinació (procés d’eliminació d’aigua i d’impureses volàtils a elevades temperatures i amb defecte d’aire), la torrefacció (procés semblant a la calcinació, però amb excés d’aire), la fosa (procés d’obtenció del metall en fase líquida i de separació de la ganga gràcies a la diferència de densitat) i la destil·lació (aplicat a metalls volàtils, és un procés d’obtenció del metall en fase gasosa).

Pulverimetal·lurgia . Tall esquemàtic d’un dispositiu de compressió hidràulica a alta temperatura (sinterització per descàrregues elèctriques) i en fase sòlida
© Fototeca.cat
La hidrometal·lúrgia, procediment per via humida, és fonamentalment un procés de lixiviació i de posterior precipitació del metall separat. En l'electrometal·lúrgia hom utilitza l’energia elèctrica per a la fosa del mineral o per a l’obtenció, per electrodeposició, del metall inicialment en dissolució (en el cas de metalls poc oxidables) o en forma de sals foses (en el cas de metalls molt oxidables). Finalment, els procediments metal·lotèrmics (metal·lotèrmia) aprofiten la major reactivitat d’alguns elements per a alliberar el metall de la seva combinació. El metall que hom obté en la majoria d’aquests procediments conté encara una elevada proporció d’impureses, que cal eliminar abans d’utilitzar-lo, bé directament, bé en l’obtenció d’aliatges. Els processos més utilitzats de purificació o afinament del metall són l' afinament electrolític (electròlisi) i l’afinament tèrmic. En aquest darrer hom provoca, per diversos procediments (Bessemer, Martin-Siemens, LD, forn elèctric), l’oxidació de les impureses i llur consegüent escorificació o gasificació, que permet de separar-les fàcilment. Aquests procediments poden oxidar parcialment el metall, per la qual cosa sovint cal sotmetre'l a un procés de desoxidació. Modernament hom empra també processos d’afinament per via física, com la fosa per etapes per a l’obtenció del germani, la liquació per a la purificació del plom i el repartiment de les impureses entre el metall i l’element purificador (un segon metall immiscible amb el primer). La darrera fase en la metal·lúrgia extractiva és l’obtenció dels aliatges (aliatge), sia a partir de metalls purs o a partir d’aliatges de base. Una part molt important per a l’obtenció de metalls consisteix en l’aprofitament de metalls vells; durant el s XIX, el forn Martin possibilità la utilització de ferralla per a obtenir acer. Aquestes tècniques de reutilització han estat desenvolupades en la metal·lúrgia del coure, del plom i de l’alumini i també en la dels metalls preciosos, on constitueixen el sistema principal d’obtenció. En la metal·lúrgia física hom estudia l’estructura cristal·lina del metall en relació amb el procés de cristal·lització i la seva variació amb el treball mecànic i amb la temperatura (dislocacions, macles, variació de les dimensions del gra, etc). Hom estudia també la natura i la composició dels aliatges i l’equilibri entre els diferents components (aliatge), especialment l’equilibri ferro-carboni (acer, fosa) i els ferroaliatges (ferroaliatge); el comportament dels metalls davant els agents externs (corrosió, tensions externes) a diferents temperatures; l'envelliment; els tractaments tèrmics (tractament tèrmic) a què hom sotmet els metalls per tal de modificar-ne les propietats (tremp, revingut, recuita, normalització) i els tractaments superficials (cementació, carbonitruració, nitruració, enduriment). Els procediments de la metal·lúrgia mecànica es fonamenten en les propietats mecàniques dels metalls (resistència a la ruptura, elasticitat, resiliència, etc) i en llur aptitud per a la conformació i la mecanització. El treball dels metalls en fase líquida (emmotllament) té una aplicació molt limitada, i en la majoria dels casos el metall fos és convertit en lingots per a llur posterior transformació. La conformació del metall per deformació plàstica pot ésser feta en fred o en calent, en aquest darrer cas mantenint-lo a una temperatura lleugerament superior a la temperatura de recristal·lització per tal d’evitar-ne l’enduriment. Amb el tractament en fred el metall sofreix un enduriment progressiu, per la qual cosa cal sotmetre'l a una recuita. Els principals procediments de deformació plàstica són el laminatge, l'estiratge, l'extrusió, la forja, l'estampació, el trefilatge, etc. La mecanització dels metalls amb arrencament de ferritja correspon, principalment, a les operacions de torneig, mandrinatge, brotxatge, fresatge, llimada, rectificació, etc. Hom aplica també, en el camp de la metal·lúrgica mecànica, tecnologies especials, com ara la pulverimetal·lúrgia, la fusió al buit, la deformació en calent amb atmosfera inerta, etc. Finalment, l’estudi de la soldadura és també objecte d’aquesta branca de la metal·lúrgia. els camps de la corrosió i la protecció han adquirit una identitat pròpia dins la metal·lúrgia. Per exemple, en el tractament de superfícies, els mètodes tradicionals per a obtenir revestiments han experimentat una millora notable, gràcies a l’ús de les tècniques de projecció tèrmica. Pel que fa als materials, en aquests darrers anys hom ha formulat aliatges resistents a la corrosió i a les altes temperatures, amb unes bones propietats magnètiques o compatibles amb els teixits vius, adequats, per tant, als requeriments dels sectors aeroespacial, biomèdic, de l’automoció i del transport principalment. L’estudi i l’obtenció d’aliatges que presenten la propietat de la memòria de forma han fet un pas endavant: aquests aliatges ja tenen diversos usos industrials i la recerca s’orienta a trobar la manera d’obtenir-los sota la forma de monocristalls. I en els aliatges ja coneguts, els esforços s’han centrat a estudiar-ne les aplicacions, com és el cas de la família dels aliatges a base d’alumini, de titani, de coure i de plom. Respecte d’altres camps, ha continuat el desenvolupament de mètodes com la colada contínua de l’acer per a obtenir làmines primes, la forja en fred i el processament del metall semisòlid. La descoberta del fenomen de la superplasticitat ha afavorit la davallada del consum energètic en els processos d’emmotllament tradicional. I convé assenyalar l’interès de la soldadura de precisió per ultrasons i de la soldadura per làser, que permeten d’efectuar l’operació sobre una zona molt petita de la peça. Per fi, l’exigència de protecció ambiental ha repercutit en l’atenció prestada al reciclatge dels metalls, amb millores contínues pel que fa a la recuperació de l’acer, l’alumini i el coure. També hi ha hagut progressos en el desenvolupament de tractaments fisicoquímics per als residus metal·lúrgics.

La metal·lúrgia als Països Catalans

El prestigi de la farga catalana medieval no pogué aconseguir en cap època posterior l’arrencada d’una indústria metal·lúrgica de base que alimentés en productes mig elaborats les indústries transformadores del metall als Països Catalans. Al Principat, la temptativa d’una metal·lúrgia moderna sorgí vers el 1800, estimulada sens dubte per l’èxit de la indústria tèxtil, que reclamava una maquinària autòctona. Al País Valencià, les temptatives no reeixiren fins al darrer quart del s. XIX (1874-1900), empeses per la indústria alimentària. La recerca de meners de ferro i d’hulla, que havia de fornir coc a la siderúrgia projectada, malmeté energies i capitals durant tot el segle, especialment al Principat. La Primera Guerra Mundial estimulà l’aparició, el 1917, de l’única metal·lúrgia de base realment important: els alts forns de Sagunt, que fonien el ferro d’Ojos Negros (a la muntanya terolana) amb el carbó d’Utrillas, també aragonès. També data d’aquesta època l’assoliment per part del Principat del primer lloc en la indústria espanyola de transformats metàl·lics. La indústria de materials de transport també ha seguit una evolució divergent: la indústria naval catalana, en generalitzar-se els vaixells de ferro, s’atrinxerava en la fabricació de motors; a València naixien, al primer quart del s. XX, unes drassanes modernes, que aviat assoliren el tercer lloc peninsular, rere els nuclis de Bilbao i Cadis. En canvi, Barcelona, tot mantenint un dels primers llocs en la construcció de material ferroviari i auxiliar per a avions, es convertí en el pol automobilístic de la península Ibèrica, primer de muntatge al Port Franc, i després de fabricació a la Zona Franca. Els anys setanta la dinàmica industrial més forta en la metal·lúrgica correspongué en conjunt a la regió de València, que engegà un procés d’instal·lació de tres grans plantes, que han seguit trajectòries divergents: la IV Siderúrgia Integral de l’Estat espanyol, la “del Mediterrani”, que hom muntà als alts forns de Sagunt, però la deturà el 1975 i en desmuntà la capçalera els primers anys vuitanta; una empresa d’alta tecnologia, la IBM espanyola a la Pobla de Vallbona (Camp de Túria), el 1977; i una gran fàbrica d’automòbils, la Ford, a Almussafes (Ribera Baixa) el 1976, i que esdevingué la primera empresa exportadora durant el quadrienni 1977-80. Per la seva importància geoeconòmica i estratègica, les dades referents a aquesta indústria solen aparèixer desglossades en les que es relacionen amb la mineria metal·lífera, és a dir, la metal·lúrgia de base, una part de la qual (la referent al ferro) és anomenada siderúrgia (acer, alumini, coure, ferro, or, plom, zinc), i les que es relacionen amb els mitjans de transport, com a més fàcilment identificables, és a dir, la metal·lúrgia de transformació (naval, construcció). Havent desaparegut la siderúrgia de la Catalunya del Nord i —ja abans— d’Andorra, cal recórrer exclusivament a estadístiques espanyoles que, encara el 1980, agrupaven tota la metal·lúrgia en els dos subsectors esmentats, per bé que s’han anat adaptant a les normes, provisionals per ara, de l' Eurostat (Oficina Estadística de la CEE). Són conegudes per les sigles SEC-Reg (Sistema Europeu de Comptes, Regionalitzat), per a l’anomenat nivell II, corresponent a les unitats administratives de base, com les “regions autònomes” espanyoles; exigeixen el desglossament de l’activitat econòmica en un mínim de 17 subsectors, tres dels quals fan referència a la metal·lúrgia: el de “minerals i metalls”, que correspon a la metal·lúrgia de base i, a més, a la mineria metal·lífera; el de “productes metàl·lics i maquinària”, i el de “material de transport”, que es reparteixen la metal·lúrgia de transformació, llevat d’alguns aspectes, com la joguineria, tan important a la Foia de Castalla (Alcoià), la bijuteria (tan típica de Manacor —Mallorca— i de Menorca) i la joieria, que entren com a “manufactures diverses” en el subsector dels articles de cautxú i de plàstic. Aquestes estadístiques “europees”, doncs, trenquen la continuïtat amb les espanyoles anteriors. Comptant-ho així, i considerada globalment, la indústria metal·lúrgica és especialment important (1983), pel nombre de treballadors, a les regions de Barcelona (Barcelona

Vallès Occidental i Oriental

Baix Llobregat), amb més de 188 000 treballadors, València (Horta

Camp de Morvedre

Ribera Baixa

Camp de Túria), amb més de 50 000 i, a distància, a les d’Alacant (Alacantí) i Tarragona (Tarragonès

Baix Camp). Hom la sol dividir en subsectors i branques: metallúrgia bàsica, només important al Camp de Morvedre i al Barcelonès pel que fa a la siderúrgia (acers, planxes i canonades, ferro colat, ferroaliatges), i a l’Alacantí pel que fa a l’alumini, a partir de bauxita estrangera. El subsector de productes metàl·lics i maquinària comprèn: productes metàl·lics, molt concentrats al voltant de Barcelona (Barcelona

Baix Llobregat

Vallès Occidental

Maresme) i de València (Horta) i Alacant; maquinària no elèctrica (tèxtil, per a indústries diverses, eines) a les regions de Barcelona, Vic, Manresa i València; maquinària elèctrica, potser la primera especialitat amb metal·lúrgica de Catalunya, a les regions de Barcelona (Barcelonès, Vallès Occidental, Baix Llobregat, Garraf) i València, Tarragona i Girona, i material i aparells elèctrics, la menys important i més concentrada, a Barcelona, el Vallès Oriental i l’Alt Urgell (Oliana), i el subsector del material per a transports a les regions de Barcelona, el Vallès Oriental i l’Alt Urgell (Oliana), i el subsector de València (automòbils, motocicletes, material ferroviari i construcció naval). La comparació amb els grans països i regions d’Espanya (el País Basc, Astúries, Andalusia, Galícia i Madrid per a la metal·lúrgia de base, el País Basc i Madrid per als productes metàl·lics i la maquinària, Castella i Lleó i Aragó, per al material de transport), la metal·lúrgia catalana és poc rendible, car els percentatges assolits en el valor de la producció espanyola (9,7% per a la metal·lúrgia de base i la mineria dels quals corresponen un 32,2% als productes metàl·lics i la maquinària i un 26,65% al material de transport) són inferiors als corresponents a la població ocupada. Hom podria pensar en una indústria envellida i no posada tecnològicament al dia. Però els bons percentatges assolits en maquinària i equipaments (41,2) i en material elèctric i electrònic (31,65% del valor) inclinen, en un context com l’espanyol, a atribuir-ho més aviat a la impotència financera que ja sembla endèmica del país i que amb les càrregues que comporta el finançament extern pesa feixugament damunt els costs de producció.

Col·laboració: 
JMVR / FNC

Llegir més...