INDICE.
- INTRODUCCION
- METALES PESADOS Y SUS ALEACIONES
- CLASIFICACIÓN, CARÁCTERISTICAS, METALURGIA Y APLICACIONES.
3.1 El Cobre
3.1.1 Características
3.1.2 Metalurgia
3.1.3 Aplicaciones
3.2 Aleaciones de Cobre
3.2.1 Latones
3.2.2 Bronces
3.2.3 Alpacas
3.3 El Plomo
3.3.1 Características
3.3.2 Metalurgia
3.3.3 Aplicaciones
3.4 El Níquel
3.4.1 Características
3.4.2 Metalurgia
3.4.3 Aplicaciones
3.5 El Cinc
3.5.1 Características
3.5.2 Metalurgia
3.5.3 Aplicaciones
3.6 El Estaño
3.6.1 Características
3.6.2 Metalurgia
3.6.3 Aplicaciones
3.7 El Cromo
3.7.1 Características
3.7.2 Metalurgia
- CLASIFICACIÓN, CARÁCTERISTICAS, METALURGIA Y APLICACIONES.
- INTRODUCCIÓN
En la actualidad el consumo de productos siderúrgicos es unas 20 veces mayor que del resto de los metales, lo cual es debido a la gran variedad de características que con los mismos es posible conseguir.
No obstante, pese a estas buenas características, para ciertos requerimientos sus cualidades no son capaces de satisfacer ciertas exigencias como son: alta resistencia contra la corrosión, buena relación resistencia/peso, buena conductividad eléctrica y térmica…etc.
Por estas razones, el uso de metales no férreos y más concretamente de metales pesados es necesario y su consumo aumenta día a día.
- METALES PESADOS Y SUS ALEACIONES
Se conoce como metales pesados a aquellos materiales metálicos que no siendo férricos poseen una densidad relativa mayor de 5.
Dependiendo de sus características, estos materiales sustituyen con ventaja a los derivados del hierro en múltiples aplicaciones tecnológicas. Sin embargo, resultan más caros de obtener debido a diversas razones, entre las que destacan las siguientes:
a. La baja concentración de algunos de estos metales en sus menas.
b. La energía consumida en los procedimientos de obtención, y afino, ya que, la mayoría de los casos, se trata de procesos electrolíticos para los que se emplea energía eléctrica.
c.La demanda reducida, de algunos de ellos que obliga a producirlos en pequeñas cantidades.
Los metales pesados de mayor aplicación industrial son: el cobre y sus aleaciones, el plomo, el estaño y el cinc. Otros como el mercurio y el volframio, se aplican en ámbitos industriales muy específicos. Los demás metales casi nunca se emplean en estado puro sino formando aleaciones. Es el caso del níquel, el cromo, el titanio o el manganeso.
- CLASIFICACIÓN, CARÁCTERISTICAS, METALURGIA Y APLICACIONES.
3.1 EL COBRE
3.1.1 Características del cobre
Ya era conocido en épocas prehistóricas, y las primeras herramientas y enseres fabricados probablemente fueran de cobre. El cobre es un metal de color rojizo, siendo un metal bastante pesado, con una densidad de 8,9 g/ cm³. Cristaliza en la red cúbica centrada en las caras, y su punto de fusión es de 1083 ºC. Es después de la plata, el mejor conductor del calor y de la electricidad.
Sus propiedades mecánicas más destacables son la maleabilidad y la ductilidad, que le proporcionan un alargamiento de hasta un 50% más de su longitud inicial sin romperse. El cobre no es adecuado para el moldeo puesto que al fundirlo absorbe gran cantidad de gases. Es poco resistente a los agentes atmosféricos pero le ocurre lo mismo que a muchos metales en la intemperie, se recubre de una capa de carbonato, de color verdoso, denominada cardenillo, que el protege de la oxidación posterior.
3.1.2 Obtención y Metalurgia del cobre
El cobre esta presente en diversos minerales: Calcopirita, Cuprita, Malaquita… la forma más común de extracción es la vía húmeda, en este caso el mineral ha de tener más de un 10% de Cu.
El mineral se somete a un proceso de trituración y molienda hasta reducirlo a polvo. Después, se procede a la separación por flotación del mineral de cobre: El mineral húmedo es sometido a un proceso de tostado en un horno. En este proceso se elimina el azufre y se forman óxidos de hierro y de cobre. A continuación, el óxido de cobre sufre un proceso de calcinación en un horno de reverbero.
El proceso de afino del cobre se lleva a cabo en una primera fase térmica en la que se reduce el óxido de cobre residual mediante gas natural y la fase electrolítica en que se produce el afino final. El ánodo procede de los moldes de la fase anterior, mientras que el cátodo está formando por finas planchas de cobre puro.
De este modo se consigue cobre electrolítico con una pureza superior al 99,85%.
3.1.3 Aplicaciones del cobre
Gracias a su elevada conductividad del calor y maleabilidad, uno de los campos de aplicación del cobre es la fabricación de recipientes como calderas, serpentines y alambiques (industria química). El Cobre es muy maleable pudiendo laminarse en hojas de hasta de 0.02 mm de espesor.
A parte de estos usos , las principales aplicaciones serán aquellas donde el cobre se presenta con las formas comerciales de tubos y alambres:
Þ Por su alta conductividad eléctrica junto con su ductilidad el cobre es especialmente indicado para la fabricación de cables eléctricos y bobinados. Permite transformarlo en alambres de cualquier diámetro, a partir de 0,025 mm. Es la principal aplicación del cobre.
Þ Otra gran aplicación es la fabricación de tubos con diferentes diámetros para canalización de líquidos o gases. Además de tubos se fabrican en cobre todos los elementos de unión: T, reducciones, tapones…etc.
3.2 ALEACIONES DE COBRE
Las aleaciones de cobre, mucho más duras y resistentes que el metal puro, presentan una mayor resistencia eléctrica y por ello no pueden utilizarse en aplicaciones de esta índole, no obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son aptas para conformación por forja y fundición. Son muy utilizados.
Para tener buena conductividad térmica o eléctrica se debe usar cobre comercialmente puro; si se requiere mayor resistencia mecánica combinada con alta conductividad, se utilizan aleaciones que contienen zirconio u otros elementos.
Las principales aleaciones del cobre serán:
3.2.1 Latones
Las aleaciones útiles de cobre y zinc contienen hasta un 40 % de zinc, las que contienen del 30 al 35 % son las de mayor aplicación por ser baratas, muy dúctiles y fáciles de trabajar. Al disminuir el contenido de zinc, las aleaciones se aproximan cada vez más al cobre en sus propiedades y mejoran su resistencia a la corrosión.
El trabajo en frío aumenta la dureza y la resistencia a la tracción y disminuye la ductilidad. Para evitar la acritud las aleaciones Cu-Zn son metidas a recocidos recristalización. Además de este para otras aplicaciones también se les somete a recocidos de homogeneización y estabilización.
Se emplean en la fabricación de válvulas y racores en fontanería sanitaria así como piezas roscadas en electrotecnia, monedas…etc
3.2.2 Bronces
Los tres bronces al estaño más comunes contienen aproximadamente 5, 8 y 10% de estaño y se conocen como aleaciones A, C y D, respectivamente. Contienen por lo general, fósforo desde trazas hasta 0.40%, lo cual mejora sus cualidades para fundición o vaciado, los endurece un poco y ha dado origen al nombre conducente a Bronce Fosforoso; los bronces se caracterizan por sus propiedades elásticas.
Los Bronces al Aluminio, con 5 y 8% de Aluminio, son aplicables por su alta resistencia mecánica y su buena resistencia a la corrosión, y algunas veces a causa de su color dorado. Los que contienen 10% de aluminio y otras aleaciones con cantidades aún mayores son muy plásticas en caliente y tienen resistencia mecánica excepcionalmente alta, en particular después del tratamiento térmico.
Bronces al silicio, se fabrican cierto numero de aleaciones en las cuales el Silicio es el elemento principal de aleación.. Su característica sobresaliente es la soldabilidad por todos los métodos.
3.2.3 Alpaca
La alpaca es una aleación de cobre, níquel, cinc y estaño. Debido a que las alpacas presentan una maquinabilidad relativamente baja, es necesario mejorar esta propiedad agregando plomo.
sus aplicaciones son variadas, pero se destacaron algunas áreas como las Telecomunicaciones, Arquitectura, Decoración, etc.
3.3 EL PLOMO
3.3.1 Características del plomo
Cuando pulimos su superficie el plomo ofrece un color blanco brillante. En contacto con el aire, se oxida y presenta una coloración grisácea. Tiene una densidad muy elevada, concretamente de 11,3 g/cm³. Se funde a una temperatura de 327 ºC, que presenta uno de los puntos de fusión más bajo entre los metales. Cristaliza en la red cúbica centrada en las caras lo que le proporciona propiedades mecánicas características como la maleabilidad y la ductilidad.
El Plomo puede ser laminado en frío, pero no estirado en hilos, ya que es resiste mal la tracción.
En estado puro se trata de un material extraordinariamente blando. El agua destilada o de lluvia ataca al plomo, formando compuestos solubles muy venenosos.
3.3.2 Obtención y metalurgia del plomo
La principal mena del plomo es la galena. La obtención industrial del plomo consiste básicamente en reducir la galena y separar el plomo de los metales que lo acompañan.
El proceso consta de tres partes: tostación, fusión y afino.
3.3.3 Aplicaciones
El plomo se emplea en grandes cantidades en la fabricación de baterías y en el revestimiento de cables eléctricos. Antiguamente se utilizaba en las redes de tuberías y tanques en edificaciones civiles si bien por sus propiedades tóxicas se ha sustituido por polímeros y aleaciones de cobre. Debido a su elevada densidad y propiedades nucleares, se usa como blindaje protector de materiales radiactivos.
3.4 EL NIQUEL
3.4.1 Características del Níquel
El níquel es un metal de color blanco brillante, medianamente duro, tenaz, dúctil y maleable. Junto con el hierro y el cobalto, forma el grupo de materiales ferromagnéticos.
Es muy resistente a la corrosión, tanto de los agentes atmosféricos, como de los ácidos y las sustancias alcalinas.
3.4.2 Obtención y metalurgia del Níquel
Para obtener níquel metálico se sigue un proceso similar al del cobre: primero se tritura y muele el mineral y se separan los sulfuros por flotación; después, se tuesta la mezcla asta obtener la mata de óxido de níquel; posteriormente, se reduce éste con carbono y , finalmente, se afina el metal por métodos electrolíticos.
3.4.3 Aplicaciones
Debido a su gran resistencia a la corrosión, se emplea en la industria alimentaría y en la química para el revestimiento electrolítico de chapas de acero dulce. Este método se denomina niquelado.
Rara vez se utiliza en estado puro. Es mas frecuente encontrarlo formando aleaciones con el hierro, cobre, el cromo, el volframio y el manganeso a las que confiere un carácter inoxidable.
3.5 EL CINC
3.5.1 Características del Cinc
El cinc es un metal de color gris azulado, brillante, frágil en frío y relativamente blando. Es inalterable al aire seco, pero el aire húmedo lo oxida y hace que pierda su brillo. La capa de óxido que lo empaña lo protege de una oxidación más profunda. No resiste la acción de los ácidos ni de los agentes alcalinos y es soluble en alcohol.
3.5.2 Obtención y metalurgia del Níquel
Se encuentra como óxido de cinc en el mineral cincita y como silicato de cinc en la hemimorfita y la blenda. La separación de este mineral se realiza por vía húmeda, más reciente. Consiste en tratar el mineral triturado con una disolución de ácido sulfúrico. El cinc se disuelve en forma de sulfato de cinc y las impurezas precipitan. La disolución se trata más tarde por métodos electrolíticos para recuperar el cinc.
3.5.3 Aplicaciones
Debido a su resistencia se ha utilizado tradicionalmente en forma de planchas para cubiertas, cañerías y canalones. Las formas comerciales del cinc sin alear son chapas, tubos y alambres. Como hemos explicado, forma parte de algunas aleaciones importantes con el cobre.
Su principal aplicación es el recubrimiento de piezas de hierro y acero mediante los procesos de galvanizado y cincado. Mediante estos procedimientos se consigue recubrir las piezas con una delgada capa de cinc que las protege de la corrosión. Se emplean actualmente para proteger las estructuras que han de quedar a la intemperie, como farolas, semáforos, torres de alta tensión…
3.6 EL ESTAÑO
3.6.1 Características del Estaño
El estaño es un metal de color blanco brillante, muy blando, de estructura cristalina, poco dúctil pero muy maleable. Su estructura cristalina se pone de manifiesto al doblar una barra de estaño: se escucha un ruido característico, denominado grito del estaño, producido por el rozamiento de los cristales entre sí.
Puede ser laminado en finas planchas, que forman el papel de estaño. Es muy estable y resistente a los agentes atmosféricos a temperatura ambiente, aunque puede ser atacado con ácidos y productos alcalinos.
Por debajo de –25ºC empieza a descomponerse y convertirse en un polvo gris “peste del estaño”.
3.6.2 Obtención y metalurgia
Dada su baja riqueza en estaño, es necesario concentrar previamente el mineral. Para ello, se tritura y se lava con el fin de separar la ganga. Posteriormente, se somete a un proceso de tostación para eliminar los sulfuros que pueden contener. Finalmente, el óxido de estaño se reduce en un horno de reverbero, utilizando antracita. El estaño fundido se recoge en el fondo del horno y se moldea en bloques. El proceso de afino se lleva acabo en una cuba electrolítica.
3.6.3 Aplicaciones
Por su resistencia a la oxidación, casi la mitad de la producción mundial de estaño se emplea como recubrimiento electrolítico de otros metales, por ejemplo, el acero. De este modo se obtiene la hojalata. Constituye un elemento imprescindible en multitud de aleaciones bronces.
Þ El denominado metal blanco (aleación de cobre, estaño y plomo), empleado en la fabricación de cojinetes.
Þ Las aleaciones fusibles, utilizadas para construir componentes eléctricos de control, y la soldadura blanda, formada a base de estaño y plomo.
3.7 EL CROMO
3.7.1 Características del Cromo
El cromo es un metal de color blanco brillante, muy duro, frágil y de estructura cristalina. Es muy resistente a la oxidación y a la corrosión, y soporta bien las altas temperaturas conservando su aspecto brillante. El cromo en estado puro no es tóxico, pero sí sus componentes, los cromatos, que se absorben por vía cutánea y respiratoria, y producen trastornos digestivos, úlceras…
3.7.2 Obtención y metalurgia
La principal fuente de cromo es un mineral denominado cromita, que es un compuesto de hierro y plomo. Para extraer el cromo, se utiliza el método de Goldschmidt, que consiste en reducir la cromita por tostación empleando aluminio en polvo. De este modo se consigue un material parcialmente impurificado con hierro, denominado ferrocromo.
3.7.3 Aplicaciones
Por su gran resistencia a la corrosión debido a los agentes atmosféricos y otros agentes químicos, se emplea frecuentemente para el recubrimiento electrolítico de otros metales, técnica que recibe el nombre de cromado.
El acero de cromo es una aleación de mucha utilidad industrial por su carácter inoxidable. Se emplea en fabricación de cigüeñales, rodamientos, máquinas de corte. Se emplea a gran escala en el acabado de vehículos.
3.8 EL VOLFRAMIO
3.8.1 Características del W
El volframio es un metal de color gris acerado, muy duro y pesado y de buena conductividad eléctrica. Por su dureza, resulta difícil de mecanizar. Aunque es muy dúctil, para obtener hilos de este metal se necesita emplear hileras de diamante. Resiste la acción de los ácidos y los álcalis, aunque es atacado por el cloro. Tiene el punto de fusión más alto de todos los metales
3.8.2 Obtención y metalurgia
La metalurgia es relativamente sencilla, pero el elevado punto de fusión del metal dificulta el tratamiento del producto final. La volframita, mineral básico del que se extrae, se funde con carbonato de sodio para obtener oxido de W. Por último, se reduce el óxido por medio de una corriente de hidrógeno en un horno eléctrico. De este modo se obtiene polvo de volframio, que después se recalienta para sintetizarlo, compactarlo, forjarlo, o laminarlo.
3.8.3 Aplicaciones
Asociado con el carbono, forma carburo de volframio, de extraordinaria dureza. Esta sustancia de emplea en la fabricación de herramientas de corte y de matrices para trabajos en caliente. Además el trefilado de W se emplea como filamento de lámparas de incandescencia y resistencia de hornos eléctricos.
- CONCLUSIÓN
Queremos finalizar la exposición resaltando la importancia del cobre y sus aleaciones sobre el resto de metales pesados. Esto es debido a su más amplio uso, por sus determinadas características y por su relativamente bajo precio con respecto a los otros metales. El resto de metales pesados será tendrán también un uso muy importante, a veces insustituibles si bien para esto determina