II.  OBTENCIÓN Y APLICACIONES DE LOS PRINCIPALES METALES NO FÉRRICOS Y SUS ALEACIONES

 

II.1. METALES NO FÉRRICOS PESADOS

 

A.   COBRE

 

B.   ESTAÑO

 

C.  CROMO

 

D.  ZINC

 

E.   ORO

 

II.2. METALES NO FÉRRICOS LIGEROS

 

A.   ALUMINIO

 

B.   TITANIO

 

II.3. METALES NO FÉRRICOS ULTRALIGEROS

 

A.   MAGNESIO

 

B.   BERILIO

 

CONCLUSIÓN

 

BIBLIOGRAFÍA

 

 

INTRODUCCIÓN

 

La  ciencia  que  estudia  la  serie  de  operaciones  (transformaciones  físicas)  y  procesos (transformaciones químicas) que han de sufrir las menas para extraer de ellas los metales que contienen, así como la preparación de aleaciones, sus tratamientos térmicos y mecánicos, hasta la obtención del producto final, se denomina metalurgia.

 

Metal no férrico es aquel elemento químico caracterizado por una fuerte conductividad térmica y eléctrica, un brillo especial llamado brillo metálico, una aptitud para la deformación y una marcada tendencia a formar cationes, son presencia del hierro.

 

El consumo de productos siderúrgicos (del hierro) es 20 veces mayor, que el resto de los metales, la cual es debido a una serie de ventajas, como por ejemplo: se pueden obtener piezas por forja, fundición, soldadura, se pueden variar sus propiedades por tratamiento térmico; aunque también tiene una desventaja muy importante: se corroen con facilidad, además no presentan una buena conductividad eléctrica, no tienen buena aptitud para determinadas formas de moldeo y deformación como la inyección y la extrusión.

 

Por estas razones desde la más remota antigüedad (Edad de Bronce) se viene utilizando metales y aleaciones distintos de hierro.

 

I. CLASIFICACIÓN DE LOS METALES NO FÉRRICOS Y SUS ALEACIONES.

 

Los metales no ferrosos se pueden clasificar en tras grandes grupos, atendiendo a su densidad:

 

- Metales no ferrosos pesados. Son aquellos cuya densidad es mayor  de  5  g/dm3.  Podemos  destacar  los  siguientes:  Cobre, estaño, plomo, níquel, cinc, cromo, cobalto y wolframio.

 

- Metales no ferrosos ligeros. Son aquellos cuya densidad esta comprendida entre 5-2 g/dm3. Los más importantes son el aluminio y el titanio.

 

- Metales no ferrosos ultraligeros. Densidad inferior a 2 g/dm3. Los más importantes son el magnesio y el berilio.

 

La mayoría de estos metales, en estado puro, poseen propiedades mecánicas intermedias que pueden mejorarse al alearse con otros. En general todos ellos son resistentes a la corrosión y a la oxidación, aunque no sea su única cualidad, ya que:

 

- Se pueden moldear y mecanizar fácilmente.

 

- Poseen una resistencia mecánica elevada, en relación a su peso.

 

- Algunos tienen una gran conductividad térmica y eléctrica.

 

- Presenta un buen acabado superficial.

 

Las  aleaciones  son productos homogéneos de propiedades metálicas, compuestos por el metal base, que es aquel que se halla en mayor proporción, y los elementos aleantes, que son los elementos restantes.

 

Las aleaciones se obtienen fundiendo juntos el metal base y los elementos aleantes. Una vez que la mezcla es homogénea se deja enfriar para que solidifique y según la naturaleza de los cristales que se formen, las aleaciones pueden dar lugar a:

 

- Solución sólida de sustitución, en la que los átomos de los elementos aleantes se sitúan en la red cristalina del metal base. Según la forma en que se dispongan se originan:

 

- Solución sólida de sustitución. Los átomos del metal base y del aleante son muy semejantes y además cristalizan en el mismo sistema.

 

- Solución sólida intersticial. Los átomos del aleante son lo suficientemente pequeños para alojarse en los huecos del la red cristalina del metal.

 

- Aleaciones eutécticas, en la que los átomos del metal base y de los aleantes son de tamaños muy distintos y no cristalizan en el mismo sistema.

 

- Compuestos  intermetálicos,  si  los  átomos  que  intervienen  en  la  aleación  son químicamente muy distintos.

 

II.  OBTENCIÓN Y APLICACIONES DE LOS PRINCIPALES METALES NO FÉRRICOS Y SUS ALEACIONES.

 

II.1. METALES NO FÉRRICOS PESADOS.

 

A. COBRE

 

1.Obtención.

 

Los minerales más importantes para la obtención del Cu son los sulfurados: la Calcopirita (CuFeS2) y Calcosina (Cu2S).

 

Los métodos para obtener el cobre de forma industrial son dos:

 

-   Por vía seca. Es el más utilizado. El mineral estará en torno a un 15% de riqueza.

 

-   Por vía húmeda. Para minerales más pobre, de contenido en metal de un 3%.

 

El procedimiento por vía seca consta de los siguientes pasos (ilustrado en la siguiente figura):

 

(IMAGEN)

 

a). Concentración del mineral (eliminación de la ganga). El mineral es triturado y cribado, posteriormente es pulverizado en un molino de bolas de acero. Por último se introduce el polvo en un recipiente con agua y se agita para eliminar la ganga.

 

b). Tostación parcial. El Fe tiene más afinidad por el O que por el Cu. Por ello, efectuando un a tostación con cantidad insuficiente de aire se oxida prácticamente sólo el Fe y no el Cu. El producto resultante está constituido por FeO, Cu2S, FeS y algo de Cu2S y ganga.

 

c). Formación de la mata (proceso de fundición, se agregan los fundentes). El producto tostado se introduce en un horno de reverbero a 1100ºC. En el horno:

 

Oxidación:   FeS + Cu2O → FeO + Cu2S Se forman dos capas líquidas inmiscibles:

 

•        Capa superior, formada por :El óxido de hierro junto con la sílice (se puede añadir si no hay suficiente) y la cal presentes en la ganga forman la escoria.

 

•        Capa inferior, formada por: El Cu2S y residuos del FeS recibe el nombre de mata.

 

d). Oxidación de la mata a cobre bruto o Blister. La mata fundida se vierte -junto con sílice- en un convertidor y se insufla  una corriente de aire que oxida el azufre y el hierro. Se separan los óxidos volátiles y el óxido de hierro se une con la sílice para formar escoria, que se vierte inclinado el convertidor. El proceso termina cuando comienza o oxidarse el Cu, momento en le que se extrae del convertidor y de deja solidificar (cobre Blister). Las reacciones químicas que tienen lugar en el interior del convertidor son:

 

2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2

 

2 Cu2O + Cu2S → Cu + SO2

 

El Cu blister tiene una pureza del 93% o 94%.

 

e). Refino electrolítico del cobre bruto. Tiene por objeto elevar la pureza del Cu hasta un 99,95%. Los lingotes de Cu bruto se colocan como ánodos en  una cuba electrolítica acidulada con H2SO4. Los cátodos son láminas delgadas de Cu puro.

 

Aplicando una corriente continua en los electrodos el Cu del ánodo se disuelve y se deposita en los  cátodos  (que  se  engrosan).  En cuanto a las impurezas: los metales nobles como Au, Ag, Pt se depositan en el fondo de la cuba, formando barros anódicos; los mentales menos nobles como Zn, Fe, etc.. se quedan en disolución en forma iónica.

 

El procedimiento por vía húmeda consiste en disolver el mineral triturado con ácido sulfúrico diluido  y  sulfato  de  hierro  (III)  y  posteriormente  una  precipitación  del  Cu  por  el  método electrolítico.

 

2. Aplicaciones.

 

- Por su elevada conductividad eléctrica: se emplea en la fabricación de conductores eléctricos, bobinas, transformadores.

 

- Por  su  elevada conductividad térmica: se  emplea  en  la  fabricación de  calderas, alambiques, serpentines, tuberías, aparatos de calefacción, intercambiadores de calor.

 

- Por su plasticidad: (maleabilidad y ductilidad) se emplea para la fabricación de objetos de artesanía o decorativos.

 

- Por su resistencia a la corrosión: se emplea en la fabricación de cubas o tuberías.

 

En la mayoría de las aplicaciones, el cobre se encuentra formando aleaciones.

 

3. Aleaciones.

 

La mayor parte de la producción del Cu se destina a las aleaciones. La adición de elementos al Cu disminuye su conductividad eléctrica y térmica (ambas características son secundarias en las aleaciones) pero mejora sus propiedades mecánicas, su facilidad para la conformación (fundición y  forja) y aumenta la resistencia a la corrosión. Las aleaciones más importantes en las que interviene el Cu: Bronce, latón, cuproaluminio, alpacas, cuproníquel y cuproberilio.

 

En la siguiente tabla a modo de resumen se especifica sobre algunas de ellas:

 

(IMAGEN)

 

ALEACIONES DEL COBRE

 

DENOMINACIÓN / COMPOSICIÓ – CARACTERÍSTICAS – APLICACIONES

 

BRONCE / Cu + Sn.

Poseen resistencia a la corrosión, y resultan más duros y fuertes que los metales por separado. La proporción de Sn en la mezcla varia entre un 5% y un 30%. Cuanto mayor sea la proporción de Sn mayor será la sonoridad, la dureza y la fragilidad de la misma.   

 

Campanas (25% Sn)

Piezas          mecánicas, engranajes y cojinetes.

 

LATÓN / Cu + Zn

Son las aleaciones del Cu más importantes desde el punto de vista de las aplicaciones industriales y por su precio. Los latones se caracterizan por ser dúctiles y maleables, se  oxidan  poco,  son  buenos  conductores  térmicos  y eléctricos, si se pulen adquieren un brillo especial.

La proporción de cinc en la aleación esta comprendida entre el 30 y el 55%, si la proporción excediera de 55% daría lugar a latones muy fágiles.Latones especiales son los que además de Cu y Zn están presentes otros elementos. 

Tornillería y piezas  de maquinaria.

- (menos de 33% Zn) muebles  metálicos, telas metálicas, radiadores  de automóvil, griferia.