Carrera : Ingeniería en Materiales SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Producción de Metales no Ferrosos Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAF-1022 SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. De los metales utilizados para la industria el 20% son no ferrosos, estos ya sea puro o aleado cubren los requerimientos de ingeniería y las propiedades químicas necesarias para fabricar artículos útiles para la industria y la sociedad. Las características fundamentales de las aleaciones no ferrosas son la resistencia a la tensión, corrosión, conductividad eléctrica y maquinabilidad. Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Materiales la capacidad de aplicar los fundamentos de obtención, procesamiento y refinación de los metales no ferrosos para obtener productos de calidad, aplicando las diferentes rutas de extracción como son: hidrometalurgia, pirometalúrgia y electrometalurgia, así como seleccionar tecnología para la obtención de nuevos productos cuidando siempre el medio ambiente. Procesos de fabricación de metales no ferrosos se ubica en los semestres intermedios ya que se han incorporado en el proceso de formación del estudiante, un nivel de conocimientos que les permite identificar y aplicar conceptos de trituración, molienda y concentración de materiales no ferrosos, fundamentos de la termodinámica, sistemas homogéneos y heterogéneos, termodinámica de soluciones, cinética, química y estequiometria. Es importante señalar que las competencias desarrolladas le proporcionarán la capacidad de asesorar y participar en proyectos multidisciplinarios que le darán la oportunidad de incidir en su entorno además de apoyar en áreas productivas, educativas y de investigación. Los procesos de manufactura de los metales no ferrosos, provienen de minerales que generalmente no se encuentran en estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar como materiales concentrados y/o refinados, mediante técnicas de explotación eficiente y rentable. La selección de una aleación determinada dependerá de los resultados de diferentes pruebas mecánicas, el volumen de producción, el costo de producción y las propiedades estéticas del producto con buen desempeño a la resistencia a la corrosión o a la humedad. Intención didáctica. La asignatura integra conocimientos científicos y tecnológicos actualizados utilizados en la industria o de manera cotidiana, los contenidos se abordan desde el punto de vista teórico y práctico con el fin de alcanzar el aprendizaje significativo en los alumnos. Los conocimientos de esta asignatura contribuyen a desarrollar y aplicar herramientas metodológicas en la 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

2 extracción, refinación y cuidado del medio ambiente en el procesamiento de los metales no ferrosos. Los temas tratados en el contenido del curso se relacionan directamente con las materias de fisicoquímica y procesos de conformado, favoreciendo un conocimiento integral en la industria y centros de investigación, que facilitará su comprensión y un mejor desempeño profesional. El contenido se organiza en 4 unidades, partiendo de la unidad 1 que corresponde a las Extracción de metales a partir de minerales, en los que se analizaran los principios teóricoprácticos que rigen la obtención de metales no ferrosos a partir de sulfuros, óxidos y haluros. Las unidades 2 y 3 analizan los procesos hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos respectivamente para la obtención de metales no ferrosos a partir de sus minerales, lo que permite al estudiante adquirir conocimientos conceptuales y procedimentales, analizar y aplicar las funciones termodinámicas y cinéticas que rigen las operaciones La unidad 4 se refiere a la refinación de las técnicas empleadas en los metales no ferrosos, la cual muestra contenidos que permiten ccomprender los fundamentos teórico práctico de las técnicas empleadas en la refinación de los metales no ferrosos. El trabajo en equipo y la actitud personal es muy importante puesto que facilita la relación y fomenta la participación del integral del estudiante, además del desarrollo y exposición de temas. Se promueve también a la investigación la cual permita comparar los aspectos teóricos vistos en clase, con los artículos de experiencias industriales y profesionales y en conjunto con los conocimientos adquiridos en los temas de la asignatura fomentará la aplicación de soluciones en problemas reales para el procesamiento de diversos minerales y obtener metales no férreos cuidando en cada una de las etapas el medio ambiente. El enfoque teórico práctico soportado por la experiencia laboral del docente, así como la práctica y la experiencia en este tipo de procesos, permiten el aprendizaje significativo al tratar temas con profundidad y conocimiento suficiente para acumular el conocimiento y la practica necesarios para integrar al estudiante al campo laboral. Las actividades que el estudiante debe realizar para el desarrollo de competencias genéricas son; Trabajo en equipo, investigación, análisis de información, solución de problemas y casos prácticos, realización de prácticas y visitas, manejo de equipo de laboratorio, elaboración de reportes técnicos. Las competencias genéricas que se desarrollan en esta asignatura son capacidad de análisis y síntesis, habilidades de gestión de información, solución de problemas, toma de decisiones, trabajo en equipo, capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica, habilidades de investigación, capacidad de aprender y generar nuevas ideas (creatividad). El aprendizaje es una actividad social y se configura con la presencia activa de experiencias y conocimientos, tanto de los profesores como de los estudiantes. La comprensión y dominio de conceptos, métodos, técnicas e instrumentos involucrados en el proceso de la investigación, constituyen el escenario didáctico para el aprendizaje significativo en la totalidad del proceso de formación profesional en el SNEST.

3 El papel que desempeña el profesor de Procesos de fabricación de metales no ferrosos es fundamental ya que debe mostrar liderazgo y objetivar su conocimiento y experiencia productiva para construir escenarios de aprendizaje significativo y propiciar actividades de aprendizaje constructivas que permitan al estudiante pensar, valorar, juzgar y transferir lo aprendido a diferentes contextos de su vida cotidiana además de comprender el vínculo esencial entre la teoría y la práctica, el docente debe ser motivador, persuasivo con un alto grado de comunicación y desarrollar un alto espíritu cooperativo en la recta final de la formación profesional del estudiante. En el contexto de aprendizaje y formación en competencias es imprescindible que el profesor enfatice el saber hacer: buscar, elaborar, realizar, diseñar, presentar, construir verificar, controlar, entre otros, en una relación dialógica con el saber y el saber ser. Debe trasmitir que en el proceso de aprendizaje se implican la interacción, la maduración y la experiencia, y propiciar que el estudiante se involucre en cada una de las actividades de aprendizaje, asumiendo actitudes participativas, proponiendo, imaginando, creando, organizando y gestionando la información, para construir escenarios de solución a problemas inherentes de su formación profesional. El desarrollo de las actividades de aprendizaje y la interconexión con las prácticas integradoras que realizarán los estudiantes, así como la socialización de los resultados de las prácticas, son las evidencias necesarias para realizar el proceso de la evaluación en función de los objetivos académicos.

4 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Aplicar los conocimientos adquiridos de los procesos hidrometalurgicos, pirometalúrgicos y de refinación para obtener metales industriales no ferrosos de calidad. Aplicar y seleccionar la o las tecnologías para los procesos de extracción hidrometalurgia, pirometalurgia y electrometalurgia, así como en los procesos de refinación (electrometalúrgicos y pirometalúrgicos) para mejorar los metales no ferrosos, teniendo en cuenta siempre el cuidado del medio ambiente. Aplicar herramientas metodológicas de investigación para elaborar escritos académicos de calidad que incidan en su formación profesional. Gestionar información acerca de su disciplina de acuerdo a parámetros de validez previamente establecidos. Aplicar herramientas formales de comunicación oral y escrita en la investigación documental Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidad de análisis, síntesis. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidad en el uso de tecnologías de información y comunicación. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Habilidades de gestión de información. Competencias interpersonales Capacidad para trabajar en equipo. Capacidad crítica y autocrítica. Compromiso ético. Habilidad para trabajar en un ambiente laboral Competencias sistémicas Habilidades de investigación. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Liderazgo. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Iniciativa y espíritu emprendedor. Preocupación por la calidad. Búsqueda de logro.

5 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec del 9 al 13 de noviembre de Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 16 de noviembre de 2009 al 26 de mayo de Instituto Tecnológico de Zacatecas del 12 al 16 de abril de Participantes Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Academias de Ingeniería en Materiales de los Institutos Tecnológicos de: Chihuahua, Irapuato y Saltillo Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Evento Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales.

6 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Aplicar los conocimientos adquiridos de los procesos hidrometalurgicos, pirometalúrgicos y de refinación para obtener metales industriales no ferrosos de calidad. Aplicar y seleccionar la o las tecnologías para los procesos de extracción hidrometalurgia, pirometalurgia y electrometalurgia, así como en los procesos de refinación (electrometalúrgicos y pirometalúrgicos) para mejorar los metales no ferrosos, teniendo en cuenta siempre el cuidado del medio ambiente. Aplicar herramientas metodológicas de investigación para elaborar escritos académicos de calidad que incidan en su formación profesional. Gestionar información acerca de su disciplina de acuerdo a parámetros de validez previamente establecidos. Aplicar herramientas formales de comunicación oral y escrita en la investigación documental. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Identificar las técnicas de preparación y concentración de minerales. Interpretar los diagramas de Ellingham y de energía libre de Gibbs. Balancear ecuaciones químicas. Interpretar los fundamentos del equilibrio entre fases condensadas, termodinámica de las soluciones y la cinética de las reacciones. 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 2.1. A partir de minerales sulfurados. 1 Extracción de metales a partir 2.2. A partir de minerales oxidados. de minerales 2.3. A partir de minerales halogenados 2 Hidrometalurgia 2.1. Termodinámica de soluciones acuosas Fundamentos del proceso de Lixiviación y equipos Obtención electrometalúrgica de Zn, Cu, Ag, Au, Al, etc. y equipos 2.4. Control de residuos mediante procesos de tratamiento de líquidos, sólidos y gases mediante técnicas de neutralización, recuperación de subproductos, confinamiento, etc, 3 Pirometalúrgia 4 Refinación de metales 3.1. Termodinámica y cinética de los procesos de: secado, calcinación, tostación y descomposición térmica Tratamiento, control y reciclado de residuos (sólidos, gases) 4.1. Condiciones de equilibrio para separación, destilación y refinación Procesos físicos y químicos de refinación de

7 metales Métodos de refinación por fusión de metales y aleaciones.

8 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de induccióndeducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Aplicar la creatividad y el espíritu emprendedor para el desarrollo de productos y procesos Propiciar en el estudiante, el sentimiento de logro y de ser competente. Estimular la práctica de procesos metacognitivos (de la reflexión acerca de los propios procesos). Promover la precisión en el uso de nomenclatura y terminología científica, tecnológica y humanística. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías de la información y comunicación para el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de induccióndeducción y análisis-síntesis, la cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.

9 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Reportes de las practicas realizadas y los productos obtenidos. Reportes de visitas realizadas resaltando el grado de integración con la teoría. Carpeta ejecutiva que integra tareas e investigaciones asignadas. Exámenes parciales y participación en clase. Que en la evaluación se integren los tres tipos de contenidos (conceptuales, procedimentales y actitudinales). Que la evaluación contemple la evaluación del profesor, la autoevaluación y la evaluación grupal. Que la evaluación contemple la recopilación de evidencias de aprendizaje suficientes para que el alumno tenga la certeza de que ha adquirido o desarrollado sus competencias. Criterios de evaluación: asistencia Reportes de las prácticas realizadas y los resultados obtenidos. Reportes de visitas realizadas resaltando el grado de integración con la teoría. Carpeta ejecutiva que integra tareas, diseño e investigaciones asignadas. Exámenes parciales y participación en clase. Exposición de trabajos. Realización de ejercicios prácticos. Solución de problemas. Reportes de visitas con comentarios y sugerencias. Informe de una investigación documental UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Extracción de metales a partir de minerales Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Analizar los principios teórico- prácticos que rigen la obtención de metales no ferrosos a partir de sulfuros, óxidos y haluros. Documentar y explicar las diferentes rutas de proceso en función de los componentes: materias primas, procesamiento y productos. Diferenciar los procesos metalotérmicos para sulfuros, óxidos y haluros. Aplicar los fundamentos de la obtención de metales a través de la reacción entre sulfuros y óxidos. Documentar y explicar las técnicas de separación por segregación, destilación y refinación. Obtención de la mena hasta el afino del metal (Al, Cu, Pb, Zn, etc), partiendo de sulfuros, óxidos y haluros. Unidad 2: Procesos Hidrometalurgia Competencia específica a desarrollar Analizar y aplicar los principios teóricos Actividades de Aprendizaje Identificar y discutir las operaciones unitarias,

10 de las operaciones hidrometalúrgicas para obtener los metales no ferrosos. como balances de materia y energía en los procesos hidrometalúrgicos. Condiciones de operación de los diferentes circuitos hidrometalúrgicos, en base a la evaluación de los diferentes equilibrios químicos, los aspectos termodinámicos y cinéticos Diseñar diagramas de flujo de los procesos de extracción o disolución de los principales minerales no ferrosos y debatir en clase sobre el tratamiento y control de residuos y reactivos. Realizar una ruta hidrometalúrgica idónea de la extracción de concentrados o menas a partir de sus propiedades y de las características de comportamiento en los equipos. Clasificar los procesos de extracción hidrometalurgia. Analizar y experimentar la recuperación de un metal a partir de soluciones acuosas. Unidad 3: Procesos pirometalúrgicos Competencia específica a desarrollar Analizar y aplicar las funciones termodinámicas y cinéticas que rigen las operaciones pirometalúrgicas para la obtención de los metales no ferrosos.. Actividades de Aprendizaje Analizar y discutir los principios en que se fundamenta termodinámica y cinéticamente las operaciones pirometalúrgicas y metalotermicas. Recopilar información sobre procesos industriales que aplican operaciones de secado, tostación y calcinación. Realizar cálculos termodinámicos utilizando diagramas de Ellingham, Kellogg, etc para determinar las condiciones de reducción y estabilidad de fases. Unidad 4: Refinación de metales Competencia específica a desarrollar Comprender los fundamentos teórico práctico de las técnicas empleadas en la refinación de los metales no ferrosos. Actividades de Aprendizaje o Analizar los métodos físicos y químicos en la refinación de metales no ferrosos. o Aplicar herramientas termodinámicas aplicadas a las técnicas de refinación por segregación, destilación, etc. Documentar las Métodos de refinación por fusión de metales y aleaciones. Examinar y describir los procedimientos industriales de la fusión del cobre, plomo, aluminio, zinc, etc, y sus aleaciones para su refinación.

11 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Rosenqvist, Terkel. Fundamentos de Metalurgia Extractiva. Limusa 1ª edición, Szczygiel, Zbigniew, Torres Reyes, Alejandro. Metalurgia no Ferrosa. Limusa 1ª Edición, Burroughs Hill, Charles. Metalurgia Extractiva no Ferrosa. Limusa, Upadhyaya, G. S. Problemas en Termodinámica y Cinética. Pergamos Press. 5. Van Arsdale, George D. Hidrometalúrgia de los Metales Comunes. Uteha. 6. Wills, B. A. Tecnología del Procesamiento de los Minerales. Mir. 7. Sohn, H.Y. Cinética de los Procesos de la Metalurgia Extractiva. México: Trillas Bray.J. L. Metalurgia Extractiva de los no Metales no Ferrosos. Madrid: Interciencia, 1ª. edición PRÁCTICAS PROPUESTAS Fundir cobre, zinc, plomo y aluminio Elaborar aleaciones de cobre, zinc, plomo y aluminio Lixiviar minerales de cobre y zinc Tostación de un sulfuro. Calcinación de un carbonato o de un óxido. Obtención de cobre por electrólisis. Sujerencias didácticas: 1.- Utilizar videos y software especializados de procesos involucrados y proyectarlos en clase. 2.- Visitar plantas de beneficio, refinación hidro y pirometalúrgicas de metales no ferrosos. 3.- Elaborar y entregar reportes impresos y en electrónico de las visitas industriales. 4.- Realizar prácticas de laboratorio con sus respectivos cálculos y con sustento técnico-científico.