martes, 10 de febrero de 2015

Metales no ferrosos ligeros: El titanio


INTRODUCCIÓN

Se trata de un metal de transición de color gris plata. Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. Se encuentra en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. Tiene propiedades biocompatibles, por lo que es factible la fabricación de muchas prótesis e implantes de este metal. Es un metal con un nivel bajo de toxicidad.

- Densidad: 4,45 kg/dm3

- Punto de fusión: 1800ºC

- Resistividad: 0,8 Ω x mm2/m

- Resistencia a la tracción: 100 kg/mm2

- Alargamiento: 5%


CARACTERÍSTICAS






PROCESO DE OBTENCIÓN DEL TITANIO (MÉTODO KROLL)







ALEACIONES

Hay más, pero las más representativas son:

- Ti grado 5 (Ti6Al4V): Es la aleación de titanio más utilizada, sobre todo, en el campo de la aeronáutica, en el de la biomedicina o la estomatología.

- Ti grado 19 (Ti3Al8V6Cr4Zr4Mo): Sus aplicaciones son donde se requiera alta resistencia a la corrosión y a la temperatura ((Aplicaciones marinas y motores de aviones).


TRATAMIENTO MÁS IMPORTANTE DEL TITANIO

Es el termoquímico de nitruración del titanio puro que produce una capa de revestimiento lisa y homogénea. La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm, en tres horas de tratamiento, formada por pequeños granos de nitruros. Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomédicas del titanio y en los componentes de motocicletas y automóviles de competición: bielas, válvulas, etc.

Este metal es muy importante dentro de las utilizaciones biomédicas ya que cuando te ponen una prótesis (por ejemplo) no daña al organismo o tienen que hacerlo de alguna manera de la cual no le dañe. Se dice que en un futuro el grafeno sustituirá a este metal ya que está compuesto de carbono y no tiene ninguna posibilidad de dañar al organismo, además de que con este se podría conseguir fabricar un músculo y eso supondría que alguien que no puede andar por algún accidente que haya tenido, consiga hacerlo gracias a esto.


APLICACIONES DEL TITANIO METÁLICO

- Biomédicas: El titanio es un metal compatible con los tejidos del organismo humano que toleran su presencia sin reacciones alérgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de compatibilidad del titanio unido a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones de gran utilidad para aplicaciones médicas, como prótesis de cadera y rodilla, tornillos óseos, placas antitrauma e implantes dentales, marcapasos, gafas, material quirúrgico tales como bisturís, tijeras, etc.

- Industria energética: El titanio es muy utilizado en la construcción de sistemas de intercambio térmico en las centrales térmicas eléctricas (y también en las centrales nucleares), bombas, depósitos, reactores químicos y columnas de fraccionamiento en centrales que utilizan agua de mar como refrigerante.

- Industria automovilística: Las empresas automovilísticas están incorporando componentes de titanio en los vehículos que fabrican, con el fin de aligerar el peso de los mismos, así por ejemplo ya existen muelles y bielas de titanio.

- Industria aeronáutica, espacial y construcción naval: Las aleaciones de titanio se emplean en aviones, cohetes espaciales y en la construcción aeronáutica básicamente para construir forjados estructurales de los aviones. En construcción naval se fabrican hélices y ejes de timón, cascos de cámaras de presión submarina, etc.

Estas son las aplicaciones más importantes, pero hay otras como la industria militar, joyería, instrumentos deportivos, decoración… las cuales de menor importancia.


APLICACIONES DEL TITANIO NO METÁLICO

- Tetracloruro de titanio: Se emplea en la fabricación de titanio metálico o para obtener bióxido de titanio.

- Dióxido de titanio: Es la principal fuente comercial del titanio.

- Producción de pinturas, plásticos: En papel, tintas de impresión, cosméticos, productos textiles, farmacéuticos y alimentarios.

- En artes gráficas.

- Empleado también como agente blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana.

Metales ultraligeros. El magnesio

INTRODUCCIÓN

El metal puro no se encuentra en la naturaleza. Una vez producido a partir de las sales de magnesio, este metal alcalino-térreo es utilizado como un elemento de aleación.

El magnesio elemental es un metal liviano, medianamente fuerte, color blanco plateado. En contacto con el aire se vuelve menos lustroso, aunque a diferencia de otros metales alcalinos no necesita ser almacenado en ambientes libres de oxígeno, ya que está protegido por una fina capa de óxido, la cual es bastante impermeable y difícil de sacar.

Magnesio (Mg)
Densidad: 1,74 kg/dm3.
Punto de fusión: 650⁰C.
Resistividad: 0,8Ω·mm2/m.
Resistencia a tracción: 18kg/mm2


CARACTERÍSTICAS

En estado líquido o en polvo es muy inflamable.

El magnesio también reacciona con ácido clorhídrico (HCl) produciendo calor e hidrógeno, que se libera al ambiente en forma de burbujas.

El magnesio es maleable y dúctil cuando se calienta. Exceptuando el berilio, es el metal más ligero que permanece estable en condiciones normales.

Es más resistente que el aluminio. Se emplea en aeronáutica.

EXTRACCIÓN

El magnesio es el sexto elemento más abundante en la corteza terrestre, sin embargo no se encuentra libre, aunque entra en la composición de más de 60 minerales, siendo los más importantes industrialmente los depósitos de dolomía, dolomita, magnesita, brucita, carnalita y olivino.

El magnesio metálico puede obtenerse por reducción, tanto térmica como electrolítica.

Dependiendo de en la forma en la que se presente el magnesio (cloruros o carbonatos)

Cloruros (Ej.: carnalita):

Se obtiene por electrólisis. El magnesio sube a la superficie, ya que tiene menos densidad que la mezcla de sales fundidas. La cuba tiene que ser metálica y actúa como cátodo.

Carbonatos (Ej.: dolomita y magnesita)

Se obtiene por reducción. Consiste en introducir el mineral en un horno eléctrico, al que se ha añadido fundente, para provocar la eliminación del oxígeno.


USOS

Como metal

El magnesio es el tercer metal estructural más comúnmente usado, seguido del hierro y del aluminio.

Las principales aplicaciones del magnesio son: componente de aleaciones de aluminio, fundición a presión (aleado con cinc), para eliminar el azufre en la producción de hierro y acero, y, para la producción de titanio en el proceso de Kroll.

Históricamente el magnesio ha sido usado como uno de los principales metales en la construcción de aeronaves.

En electrónica

Debido al bajo peso del magnesio, así como a sus buenas propiedades mecánicas y eléctricas el magnesio es ampliamente usado para fabricas teléfonos móviles, portátiles, cámaras, etc.

En los compuestos

Los compuestos de magnesio, principalmente el óxido de magnesio (MgO), son usados como un material refractario en los revestimientos de horno para la producción de hierro, acero, metales no ferrosos, cristal y cemento.


Impacto medioambiental de los metales no ferrosos

IMPACTOS AMBIENTALES POTENCIALES

Los impactos ambientales principales de la producción de aluminio incluyen la eliminación del lodo rojo (una mezcla de arcillas y soda cáustica, altamente corrosiva), emisiones de la quema de combustibles y del proceso de electrólisis del aluminio como de corrientes de desechos líquidos y lechadas. El lodo rojo puede degradar las aguas superficiales o freáticas que lo reciben. Las emisiones emanadas de la planta de electrólisis contienen hidro fluoruro, un gas extremadamente corrosivo y peligroso, y monóxido de carbono.

Los hornos eléctricos emanan grandes volúmenes de gases tóxicos y si no se presta para otros usos, la escoria deberá ser eliminada. 

Los impactos ambientales de la producción de níquel dependen del proceso. La producción electrometalúrgica directa de ferro níquel producirá muchas partículas y monóxido de carbono, y pequeñas emisiones de gases azufrados. Los procesos piro metalúrgicos producen metal y emiten gases con una alta concentración de partículas y vapores tóxicos.

Los gases pueden contener dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Los desechos sólidos son escoria, sólidos de los pozos de enfriamiento, y lodos producidos durante el tratamiento de los desechos. Si se utiliza el proceso de carbonilo, se forma, como producto intermedio, níquel carbonilo, que es un gas muy venenoso.

Los contaminantes atmosféricos que emite el procesamiento de plomo son: partículas, dióxido de azufre, arsénico, antimonio, y cadmio procedentes de la planta de calcinación.

Los efluentes, que pueden contener metales tóxicos, provienen de los lavadores de la planta de calcinación, purgación de la planta de ácido, y otros lavadores que existen en la planta. Otra fuente de efluentes es la granulación de la escoria que contienen plomo, cinc, cobre y cadmio.

Las plantas secundarias de plomo producen efluentes que contienen ácido proveniente de los lavadores de baterías rotos, y los baños del sistema de control de la contaminación atmosférica. El ácido de batería contiene los siguientes contaminantes: plomo, antimonio, cadmio, arsénico y cinc.

Las emisiones del proceso piro metalúrgico de cinc contienen dióxido de azufre, arsénico, plomo y cadmio. Se recupera el dióxido de azufre mediante la producción de ácido sulfúrico. Un componente importante de los gases del horno de reducción es monóxido de carbono. El proceso electrometalúrgico de cinc produce las mismas emisiones atmosféricas, con la adición ocasional de mercurio. Los efluentes de los lavadores, purgación de la planta de ácido, y unidades de lixiviación, pueden contener los mismos elementos que las emisiones atmosféricas.

Los desechos sólidos contienen cantidades importantes de otros metales, y, normalmente, se venden a otros procesadores. El cadmio, sin embargo, es una excepción; se efectúa su recuperación casi siempre en el sitio donde se produce el cine.


CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Es obligatorio controlar la contaminación atmosférica en los proyectos. Las alternativas que deben ser evaluadas son:

Diseño del proceso y selección de los equipos, precipitadores electroestáticos, gas de escape (húmedo o seco)

Precipitadores electrostáticos

Lavadores de gas de escape (húmedo o seco)

Ciclones de alta eficiencia

Filtros de bolsa

Separación de dióxido de azufre y utilización para producir ácido sulfúrico

Separación de monóxido de carbono y utilización para producir calor


CONTROL DE LA CALIDAD DEL AGUA

Las alternativas para controlar la contaminación del agua son:

Reutilización de las aguas servidas

Evaporación solar

Precipitación

Etc.


NORMAS DE SEGURIDAD Y SALUD EN LA PLANTA

Se deben establecer e implementar normas de salud y seguridad para la planta. Hay que tomar en cuenta las siguientes:

Provisiones para prevenir y reaccionar a las fugas casuales de gases y derrames accidentales de ácidos.
Procedimientos para mantener el nivel de exposición a los gases tóxicos y partículas atmosféricas en un nivel más bajo de los límites establecidos por el país o los reglamentos del Banco Mundial.
Un programa de exámenes médicos rutinarios
Capacitación permanente sobre la salud y seguridad en la planta, y buenas prácticas de limpieza ambiental.
Procedimientos de emergencia que requieren ejercicios regulares, a fin de tener un plan de acción en el caso de un derrame, fuga, explosión o incendio mayor.