Clasificación de los metales no ferrosos.

Los metales no ferrosos son aquellos en cuya composición no se encuentra el hierro. Los más importantes son siete: estaño, cobre, cinc, plomo, aluminio, níquel y magnesio. Los metales no ferrosos se pueden clasificar, según su peso especifico, pero nosotros vamos a clasificarlos según su densidad en:

-Pesados: aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³.

-Ligeros: su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³

-Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³.

Para ver que materiales están en cada categoría aquí va una tabla con los más importantes:

Metales no ferrosos pesados: El estaño.

INTRODUCCION

Densidad: 7,28 kg/dm3.
Punto de fusión: 231ºC.
Resistividad: 0,115Ώ·mm2/m.
Resistencia a la tracción: 5 kg/mm2.
Alargamiento: 40%

CARACTERÍSTICAS

Es un metal plateado, maleable, blando, que no se oxida fácilmente, el estaño es superconductor por debajo de 3,72 K y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones (bajas temperaturas T<18ºC) sufre la peste del estaño, que no es nada más que un fenómeno (muy particular, eso sí) que hace que el estaño a bajas temperaturas cambie de su color blanco plata a color gris, aumente de volumen y comience a desmenuzarse, para finalmente convertirse en polvo.

Aparte al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la componen.

El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: el estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, y estable a temperaturas inferiores a 13,2 °C y es muy frágil. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, y estable a temperaturas por encima de 13,2 °C.

EXTRACCIÓN

La casiterita es el nombre del mineral de principalmente se extrae el estaño(pues también se puede extraer del etano) en donde se presenta como óxido (óxido de estaño (IV) o dióxido de estaño). La casiterita es de color pardo oscuro, casi negro, y sus yacimientos más abundantes se asocian a lugares donde existen rocas graníticas. El estaño también puede ser fácil de encontrar en las arenas y gravas que arrastran los ríos que discurren por lugares donde la casiterita es abundante. Aunque hablamos de un elemento raro en nuestro planeta, existen yacimientos en muchos lugares. Actualmente los principales países mundiales productores de estaño son China, Malasia, Perú, Bolivia y Brasil.

El proceso de obtención del estaño a partid de la casiterita es el siguiente:

La casiterita se tritura y muele en los molinos adecuados. Luego se introduce en una cuba con agua, en la que se agita. Por decantación, el estaño, que es más pesado, va al fondo y de esta manera se separa de la ganga.

Posteriormente se introduce en un horno donde se oxidan los posibles sulfuros qu e pueda haber y se transforman en óxidos.

Después la mena de estaño, en forma de oxido, se introduce en un horno de reverbero donde se reducen los óxidos de estaño y se obtiene estaño.

Finalmente para obtener un estaño con un porcentaje del 99% es necesario someterlo a un proceso electrolítico.

USOS

Uno de los principales usos del estaño es formar aleaciones con otros metales, recubriéndolos para protegerlos de la corrosión, aparte también se usa para fabricar hojalata (recubrir una chapa de acero con dos capar muy finas de estaño, aquí el estaño protege al acero contra la oxidacíon), también se usa para muchas otras cosas pero, se suele usar casi siempre “mezclado” con otros materiales, por ejemplo se usa para soldaduras blandas aleado con plomo, así como material de soporte de soldaduras blandas aleado con cautin, se usa para fungicidas, tintes etc.

ALEACIONES PRINCIPALES

Bronce: cobre y estaño

Soldaduras blandas: Aleaciones de plomo y estaño

ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN

-Darcet (25% Sn + 25% Pb + 50% Bi), que funde a los 97ºC.

-Cerrolow: aleación que contiene plomo, bismuto, cadmio, indio y estaño (aunque este está en menor proporción en comparación con los otros (8,3%)), esta aleación funde a los 47ºC

Metales no ferrosos pesados: El cobre

INTRODUCCIÓN

Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad

- Su densidad es de 8,9 kg/dm3

- Punto de fusión: 1083 ºC

- Resistividad: 0,017 Ώ x mm2/m

- Resistencia a la tracción: 18 kg/mm2

- Alargamiento: 20%

CARACTERÍSTICAS DEL COBRE

• Es muy dúctil

• Es maleable

• Posee una alta conductividad eléctrica y térmica

• El cobre tiene propiedades bactericidas: Tiene una gran resistencia antimicrobiana.

• El cobre puede alearse con otros metales para adecuar sus características al uso requerido.

• Resistencia ante la corrosión del cobre

PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL COBRE

• Vía seca:
1. Se tritura el material, se criba, y se muele hasta reducirlo a polvo.

2. Se introduce en un recipiente con agua abundante, donde se agita para eliminar la ganga que flota.

3. El mineral que quede se lleva a un horno de pisos donde se oxida para eliminar el hierro presente. Aquí, entonces, se separa el cobre del hierro.

4. A continuación se introduce el mineral en un horno dónde se funde. Luego se añade silice y cal que reacciona con el azufre y elimina el hierro, formando la escoria que flota y se elimina. El cobre líquido que se encuentra debajo se denomina cobre bruto con una pureza del 40%



5. Por último, para obtener un cobre de alta pureza se somete a un proceso electrolítico y tendrá una pureza del 99.9%

https://www.youtube.com/watch?v=ykFvYxIhKm0

• Vía húmeda:

Se emplea cuando el contenido en cobre del minerales inferior al 10%.El procedimiento consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego, mediante un proceso de electrólisis, se obtiene el cobre. El cobre bruto así obtenido es muy impuro; el cobre puro se obtiene del bruto mediante el refino o también por vía electrolítica.

PROPIEDADES

Físicas:

Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es abundante en la naturaleza; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.

Mecánicas:

Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. Posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Tiene un índice de dureza 3 en la escala de Mohs y tiene una gran resistencia a la tracción. Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura.

Químicas:

Estados de oxidación bajos

Expuesto al aire, se torna rojo violeta para ennegrecerse posteriormente. Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.

Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de humedad. En seco, el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor solo le ataca a temperaturas superiores a 500 °C.

Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico).


ALEACIONES MÁS IMPORTANTES

- Bronce (aleación de cobre y estaño)

- Latón (aleación de cobre y cinc)

- Cuproaluminio (aleación de cobre y aluminio)

- Alpaca (aleación de cobre, níquel y cinc)

- Cuproniquel (aleación de cobre y níquel)


APLICACIONES Y USOS MÁS IMPORTANTES

PROCESOS INDUSTRIALES MÁS IMPORTANTES DEL COBRE

- Minería del cobre: Dentro de la mina: en la capa superior se encuentran los minerales oxidados (cuprita, melaconita). A continuación, por debajo del nivel freático, se encuentran las piritas (sulfuros); primarias calcosina (Cu2S) y covellina (CuS). Y finalmente las secundarias calcopirita (FeCuS2) cuya explotación es más rentable que la de las anteriores.

- Metalurgia del cobre: Esta depende de si el material se presenta en forma de óxido o sulfuro.

Para los sulfuros se utiliza la llamada pirometalurgia, de lo que se obtiene cátodos al 99,9% de cobre, hierro, azufre, plata y oro.

Cuando se trata de aprovechar los residuos minerales, la pequeña concentración de cobre que hay en ellos se encuentra en forma de óxidos y sulfuros, y para recuperar ese cobre se emplea la tecnología llamada hidrometalurgia.

- Tratamientos térmicos del cobre: Hay 3 más usuales: recocido, refinado y temple.

El cobre duro recocido se presenta muy bien para operaciones en frío como son: doblado, estampado y embutido.

El refinado es un proceso que tiene como objetivo eliminar las impurezas
contenidas en el cobre, volatilizándolas o reduciéndolas a escorias.

El temple consigue disminuir la dureza del material.

Metales no ferrrosos pesados: El cinc

INTRODUCCIÓN

Densidad: 7,14 kg/dm3.
Punto de fusión: 419⁰C.
Resistividad: 0,057Ω·mm2/m.
Resistencia a la tracción:

-Piezas moldeadas: 3kg/mm2.

-Piezas forjadas: 20kg/mm2.

Alargamiento: 20%.

CARACTERÍSTICAS

El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido ocarbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión, así pues podemos deducir que resistente a la corrosión en el aire y en el agua. Sin embargo aquí hay que decir que es poco resistente al ataque de ácidos y bases

El metal presenta una gran resistencia a la deformación plástica (básicamente que es muy resistente a deformarse) en frío que disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los 100 °C. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia (La fluencia es la deformación irrecuperable de la probeta, a partir de la cual sólo se recuperará la parte de su deformación correspondiente a la deformación elástica, quedando una deformación irreversible, aquí se produce un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada.) a temperatura ambiente.

El cinc a temperatura ambiente es quebradizo, pero entre 100-150ºC es muy maleable.

El cinc es un buen conductor del calor y la electricidad.

También hay que decir que posee el mayor coeficiente de dilatación térmica de todos los metales.


EXTRACCIÓN

El cinc se puede extraer de dos minerales diferentes: la blenda (40-50%Zn) y la calamina (Zn<40%).

Al igual que ocurre con el cobre aquí también hay dos métodos de extracción, estos métodos son: vía seca (donde concentración Zn>10%) y vía húmeda (concentración de Zn<10%).

Vía seca:

Vía húmeda:

USOS

La principal aplicación del cinc es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión.

Los principales métodos de protección con revestimientos de cinc son:

Zincado en caliente por inmersión (Galvanizado)

Una pieza de acero, previamente limpiada superficialmente, es sumergida en cinc fundido.

Metalizado de cinc (deposición por aspersión)

En este procedimiento las placas de acero son limpiadas mediante un chorro de arena (sandblasting) y posteriormente rociadas con pequeñas partículas de cinc fundido mediante una pistola especial. El espesor de la película protectora se puede controlar con facilidad y no hay restricciones con respecto al tamaño de la pieza

Cincado electrolítico (galvanoplastia)

A través de una solución electrolítica de sales de cinc, la superficie del acero es revestida, luego de una limpieza previa. Este tipo de recubrimiento es usado en piezas de dimensiones pequeñas y que recubrimientos muy finos.

Sherardizado
En este procedimiento piezas de tamaño pequeño son agitadas en un recipiente, con cinc en polvo a una temperatura inferior a la de su punto de fusión.

Pinturas con pigmentos ricos en cinc

Las superficies de acero limpias son recubiertas con una pintura que contiene una cantidad suficiente de cinc para volver conductor eléctrico el recubrimiento.

Aleaciones de cinc para fundición a presión

Las aleaciones de cinc industrialmente usadas para coladas bajo presión son llamadas “zamac”. Son aleaciones de cinc con aluminio, cobre y magnesio. De todas las aleaciones no ferrosas para colar a presión, las aleaciones de cinc son las que poseen mejor área de aplicación, debido a sus particulares propiedades físicas, mecánicas y de fundido, además tienen una gran capacidad para ser revestidas mediante electrodeposición o con pinturas.

Sus bajos puntos de fusión (aproximadamente 385ºC) confieren al molde larga vida.

En las aleaciones tipo zamac, el metal base es el zinc, con porcentajes de aluminio que van desde 3.5% hasta 6 %, cobre (0.75% - 1.6%), magnesio ( 0.0% - 0.065), con trazas de elementos máximas permitidas de hierro 0.1%, plomo 0.005%, estaño 0.003, cadmio 0.004%.

El factor determinante en la gran estabilidad en las propiedades mecánicas y dimensionales de las piezas coladas a presión de aleaciones de cinc, es la pureza de los componentes de la aleación.

Dependiendo de cuanto % de un componente se encuentre en la aleación esta tendrá unas u otras características, por ejemplo: si se añade cobre aumenta la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión y la dureza de la aleación, mientras que si se añade aluminio “tendrá otras propiedades”.

Aleaciones dúctiles de cobre
Las aleaciones convencionales de cinc poseen baja resistencia a fluencia

Las principales aplicaciones de las aleaciones dúctiles de cinc son baterías secas, placas fotográficas, placas litográficas, y elementos de construcciones civiles (canaletas, tajados, etc.)

Latones
Los latones son aleaciones de cobre y zinc (por ser más barato el cinc que el estaño, en muchas aplicaciones el latón está sustituyendo al bronce) con un porcentaje de zinc que varía entre el 5% y el 50 %, en ocasiones con adición de otros metales.

Otros usos
Bronceadores, desodorantes, colorantes, pegamentos, conservantes, etc.

Metales no ferrosos pesados: El plomo

INTRODUCCIÓN

El plomo es un metal pesado de densidad relativa y color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate.

- Densidad: 11,34 kg/dm3

- Punto de fusión: 327ºC

- Resistividad: 0,22 Ώ x mm2/m

- Resistencia a la tracción: 2 kg/mm2

- Alargamiento: 50%

- Gravedad específica: De 11,4 a 16ºC

CARACTERÍSTICAS GENERALES

• Es muy maleable y blando

• De color grisáceo blanco, muy brillante cuando está recién cortado

• Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato básico que lo autoprotege

• Resiste bien a los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre

• Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.

• El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.

APLICACIONES

- Óxido de plomo usado para fabricar pinturas al minio

- Tuberías prácticamente en desuso

- Recubrimiento de baterías, protección de radiaciones nucleares etc.

- Soldadura blanda, a base de plomo y estaño, empleado como material de aportación

- Utilización como cubierta para cables, ya sea la de teléfono, de televisión, de Internet o de electricidad

- El uso del plomo en pigmentos: blanco de plomo, sulfato básico de plomo, tetróxido de plomo, cromatos de plomo y silicatoeno de plomo

- Fabricación de frituras (esmaltes) de vidrio y de cerámica

- Explosivos plásticos

- Insecticidas

- Etc.

PROCESO DE OBTENCIÓN

EFECTOS

En el organismo:

· Perturbación de la biosíntesis de hemoglobina y anemia

· Incremento de la presión sanguínea

· Daño a los riñones

· Aborto espontáneo

· Perturbación del sistema nervioso

· Daño al cerebro

· Disminución de la fertilidad del hombre a través del daño en el esperma

· Disminución de las habilidades de aprendizaje de los niños

· Etc.

En el medio ambiente:

Las sales de plomo entran en el medio ambiente a través de los tubos de escape (principalmente los defectuosos) de los coches, camiones, motos, aviones, barcos y aerodeslizadores y casi todos los tipos de vehículos motorizados que utilicen derivados del petróleo como combustible, siendo las partículas de mayor tamaño las que quedarán retenidas en el suelo y en las aguas superficiales, provocando su acumulación en organismos acuáticos y terrestres, y con la posibilidad de llegar hasta el hombre a través de la cadena alimenticia. Las pequeñas partículas quedan suspendidas en la atmósfera, pudiendo llegar al suelo y al agua a través de la lluvia ácida.

La acumulación de plomo en los animales puede causar graves efectos en su salud por envenenamiento, e incluso la muerte por paro cardio-respiratorio. Algunos organismos, como los crustáceos u otros invertebrados, son muy sensibles al plomo (dado que el plomo cuando se encuentra en exceso se deposita en los huesos y al no poseerlos queda retenido en su organismo), y en muy pequeñas concentraciones les causan graves mutaciones.

Otro efecto significativo del plomo en las aguas superficiales, es que provoca perturbaciones en el fitoplancton, que es una fuente importante de producción de oxígeno en los océanos y de alimento para algunos organismos acuáticos de variado tamaño (desde ballenas hasta pequeños pececillos).

Otros metales no ferrosos pesados

CROMO

Densidad: 6,8 kg/dm3.

Punto de fusión: 1900⁰C

Resistividad: 1,1 Ω·mm2/m.

Características

El cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosión y posee una gran acritud.

Usos

Es un metal que se emplea especialmente en metalurgia.

Es común el uso del cromo y de alguno de sus óxidos como catalizadores.

El mineral cromita se emplea en moldes para la fabricación de ladrillos (en general, para fabricar materiales refractarios).


NÍQUEL

Densidad: 8908 kg/m3.

Punto de fusión: 1455⁰C.

Características

Es magnético, y además es muy resistente a la oxidación y a la corrosión.

Usos

Se utiliza principalmente en la fabricación de acero inoxidable.

También se usa en aleaciones, en la fabricación de monedas, en recubrimientos de metales (electrolisis), etc.


WOLFRAMIO O TUNGSTENO

Densidad: 19250 kg/m3

Punto de fusión: 3422⁰C.

Características

Tungsteno y wolframio es lo mismo, quiero decir, es el mismo material.

Es de color gris acerado, muy duro y denso, tiene el punto de fusión más elevado de todos los metales y el punto de ebullición más alto de todos los elementos conocidos.

Usos

En estado puro se utiliza entre otros usos en la fabricación de filamentos para lámparas eléctricas.

Tiene usos importantes en aleaciones para herramientas de corte a elevada velocidad, en la fabricación de bujías y en la preparación de barnices y mordientes en tintorería, en las puntas de los bolígrafos y en la producción de aleaciones de acero duras y resistentes.

El wolframio y su aleación más popular, el carburo de wolframio son en ambos casos, excelentes reflectores de neutrones.


COBALTO

Densidad: 8900 kg/m3.

Punto de fusión: 1495⁰C.

Características

Propiedades muy similares a las del níquel pero no es magnético.

Usos

El Co-60, un radioisótopo de cobalto, es un importante trazador y agente en el tratamiento del cáncer.

Se emplea sobre todo en superaleaciones de alto rendimiento, siendo éstas normalmente más caras que las de níquel.

Como elementos para la fabricación de metales duros (sinterización) empleadosen herramientas de corte.

Endurecer aceros para herramientas (aceros rápidos)

Metales no ferrosos ligeros: El Aluminio

INTRODUCCIÓN

Es un metal no ferromagnético y el tercer elemento más común en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8 % de la corteza de la tierra. En estado natural se encuentra en muchos silicatos y como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita (rojiza), por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.

- Densidad: 2’7 kg/dm3

- Punto de fusión: 660ºC

- Resistividad: 0’027 Ω x mm2/m

- Resistencia a la tracción: 10 kg/mm2. Si está laminado o forjado, su resistencia se incrementa hasta 20 kg/mm2

- Alargamiento: 50%


CARACTERÍSTICAS 

APLICACIONES Y USOS

La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, hoy en día, tan solo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso más popular, es como papel aluminio. También se usa en la fabricación de latas y tetrabriks.

En la aeronáutica y en los tendidos eléctricos donde el menor peso implica en un caso menos gasto de combustible y mayor autonomía, y en el otro la posibilidad de separar las torres de alta tensión.

Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para la creación de estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos y calderería. También está presente en enseres domésticos tales como utensilios de cocina y herramientas. Se utiliza asimismo en la soldadura aluminotérmica y como combustible químico y explosivo por su alta reactividad. Se utiliza para fabricar contenedores criogénicos y en algunas piezas de aviación.


ALEACIONES DEL ALUMINIO

- Aluminio + Cobre: duraluminio o bronce de aluminio

- Aluminio + Magnesio

- Aluminio + Cobre + Silicio

- Aluminio + Níquel + Cobalto (Alnico)

PROCESO DE OBTENCIÓN

https://www.youtube.com/watch?v=uk99yBaGHCQ