LOS METALES NO FERROSOS Los metales no ferrosos se diferencian de los ferrosos principalmente en: Ventajas Resisten mejor la oxidación y corrosión, en general Tienen un punto de fusión relativamente bajo.
Inconvenientes Son más difíciles de obtener, por lo que resultan más caros. Tienen una resistencia mecánica menor
− Densidad: 8.90 kg/dm3 − Punto de fusión: 1.083ºC − Dureza: 3 (escala de Mohs) − Resistividad: 0.017 mm2/m − Resistencia a la tracción: 18 kg/mm2 − Alargamiento: 20% Se pueden clasificar según su densidad en: PESADOS (> 5 kg/dm3): • Cobre: • Propiedades: ♦ Es uno de los primeros metales utilizados por el ser humano. ♦ Muy dúctil, maleable y conductor de la electricidad y el calor. ♦ Materia prima: Sulfuros: − calcopirita − calcosina Óxidos: − malaquita − cuprita − melaconita • Obtención: − Por vía húmeda: cuando el contenido en cobre es muy pobre. • Triturar el mineral • Añadir ácido sulfúrico • Someter a electrolisis. 1
− Por vía seca: • Se machaca el mineral y se separan los trozos grandes con una criba • Se pulveriza en un molino de bolas • Se decanta en un recipiente con agua • Se oxida el hierro en un horno de pisos • En un horno de reverbero se funde el mineral y con sílice y cal se separan los restos de azufre y óxido de hierro. Se obtiene cobre bruto o blister (40% de pureza) • Para obtener un cobre más puro se debe someter a electrólisis • Aplicaciones:
Bronce (cobre + estaño ) Sn (5−30%)Mayor dureza, sonoridad, fragilidad, y punto de fusión. Campanas, cojinetes Sn+Si Bronce al silicio mejor conductividad eléctrica y térmica cables Latón (cobre + cinc) Zn (30−55%) menor maleabilidad y ductilidad tortillería y piezas de maquinaria Zn+Pb mayor maquinabilidad Densidad: 7.28 kg/dm3 Punto de fusión:231ºC Resistividad: 0.115 mm2/m Resistencia a la tracción: 5 kg/mm2 Alargamiento: 40%
• Propiedades:
◊ Estaño:
♦ A temperatura ambiente no se oxida, sin embargo por debajo de −18ºC se descompone convirtiéndose en un polvo gris.(peste del estaño) ♦ Es muy maleable y blando pero cuando se calienta se vuelve frágil y quebradizo. ♦ Materia prima: el más explotado es el óxido (SnO2) 2
• Obtención: el proceso es análogo al del cobre. • Aplicaciones:
Bronce hojalata Chapa fina de acero recubierta de estaño que lo protege de la oxidación. Soldaduras blandas Sn + Pb(10−75%) Metal de imprenta Sn+Pb+Zn • Plomo:
Densidad: 11.34kg/dm3 Punto de fusión: 327ºC Dureza: 1.5 (escala de Mohs) Resistividad: 0.22 mm2/m Resistencia a la tracción: 2 kg/mm2 Alargamiento: 50% • Propiedades: ♦ Se oxida con facilidad lo que le hace perder el brillo que tiene cuando está recién cortado. ♦ Resiste muy bien el ácido clorhídrico y sulfúrico pero es atacado por el nítrico. ♦ Materia prima: galena • Obtención: • Se tritura, muele, y decanta el mineral • Los sulfuros de plomo se tuestan a 700ºC para formar monóxido de plomo • Se utiliza un hormo alto como el del hierro para obtener el plomo de obra • Se somete a diversos procesos para separar otros metales • Si se desea se hace uso de un afinado electrolítico para obtener un plomo de mayor calidad. • Aplicaciones
Formando aleación
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Pb+Sn (Soldadura blanda) En estado puro juguetería Soldaditos de plomo Pinturas Para impedir las oxidaciones de piezas metálicas Antidetonante En gasolinas (ha dejado de utilizarse) En la industria Se emplea como protección contra todo tipo de radiaciones y en la fabricación de baterías y vidrios. Densidad: 7.14 kg/dm3 Punto de fusión: 419ºC Dureza: 2.5 (escala de Mohs) Resistividad: 0.057 mm2/m Resistencia a la tracción: 11 kg/dm3 Piezas moldeadas: 3 kg/dm3 Piezas forjadas: 20 kg/dm3 Alargamiento: 20% • Cinc • Propiedades: ♦ Su resistencia es alta a la oxidación y corrosión con el aire, pero reducida frente a ácidos y sales. ♦ Posee el mayor coeficiente de dilatación ♦ Materia prima blenda (40−50%) sulfuros calamita (−40%) carbonatos y silicatos • Obtención: Vía seca: • Trituración y calcinación del material 4
• Se obtiene óxido de cinc • Con un horno de mufla (análogo al horno alto) se obtiene cinc de pureza del 98%. Vía húmeda: • Se pulveriza el mineral • Se añade ácido sulfúrico y se obtiene sulfato de cinc. • Mediante electrólisis se logra cinc (99.9%) • Aplicaciones:
En aleación Latón (Cu + Zn) Plata alemana o alpaca (Cu+Ni+Zn) Zamak (Al+Cu+Zn) piezas moldeadas de gran precisión y calidad. Recubrimiento de piezas metálicas Galvanizado electrolítico (demasiado cara) Galvanizado en caliente Metalizado Sherardización (horno−acero−polvo) • Cromo:
Densidad: 6.8 kg/dm3 Punto de fusión: 1.900ºC • Propiedades: ♦ Gran dureza, acritud y resistencia a la corrosión. ♦ Materia prima: Cromita • Aplicaciones
Como recubrimiento Cromado brillante Objetos decorativos Aleado 5
Cromado duro Par fabricación de aceros y herramientas. • Níquel • Propiedades:
Densidad: 8.85kg/dm3 Punto de fusión: 1.450ºC ♦ Gran tenacidad y fácil de pulir. ♦ Magnético. ♦ Resiste muy bien los productos químicos. • Obtención: Niquelina • Aplicaciones: % Aceros inoxidables (aleado con acero y cromo) % Recubrimientos antioxidantes. % Industria química Densidad: 19 kg/dm3 Punto de fusión:3.370ºC • Wolframio: • Propiedades: ♦ Elevado punto de fusión. ♦ Obtención: wolframita. • Aplicaciones: % Filamentos de lámparas % Aleado se emplea en elementos que deben soportar grandes fuerzas y temperaturas. Densidad: 8.6 kg/dm3 Punto de fusión: 1.490ºC • Cobalto: • Propiedades: ♦ Análogas al Ni. 6
• Aplicaciones: %Imanes permanentes. %Endurecer aceros y otros metales (herramientas de corte) LIGEROS (5 kg/dm3 > >2 Kg/Dm3 ) • Aluminio • Propiedades:
Densidad: 2.7kg /dm3 Punto de fusión: 660ºC Dureza: 2 (escala de Mohs) Resistividad: 0.026 mm2/m Resistencia a la tracción: 10 kg/mm2 (Laminado o forjado 20 kg/mm2) Alargamiento: 25% ♦ Es el metal más abundante (pero nunca en estado puro) ♦ Muy ligero e inoxidable al aire. ♦ Buen conductor de la electricidad y el calor ♦ Fácil de trabajar (maleable y dúctil) ♦ Materia prima: bauxita alúmina (FeO+AlO) • Obtención: Método BAYER: Primera fase: • Se tritura y pulveriza la bauxita. • Se disuelve en sosa cáustica utilizando además cal y agua caliente (vapor saturado) • Se decanta y se separan los residuos sólidos. • Se utiliza un intercambiador de calor para enfriarlo y se añade agua. • En una cuba de precipitación la alúmina se deposita y mediante un filtro se recupera la sosa. • Se elimina la humedad de la alúmina en un horno rotativo. Segunda fase • Se enfría la alúmina y disuelto en criolita fundida (1000ºC) se somete a electrólisis. • Se separan el aluminiodel Co y el Co2, y se extrae por la parte inferior obteniéndose una pureza de 99.5−99.8%.
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• Aplicaciones: Aleado mejora la dureza y resistencia de otros metales formando aleaciones ligeras, además de otras amplísimas aplicaciones industriales. (bicicletas, CD−ROM, ventanas, puertas)
Al + bronce Duraluminio o bronce del aluminio Al + magnesio Aplicaciones en automóviles y aeronáutica Al + Cu + Si Fundición inyectable Al + Ni/Co ALNICO, para fabricar potentes imanes permanentes Densidad: 4.45 kg/dm3 Punto de fusión: 1.800ºC Resistividad: 0.8 mm2/m Resistencia a la tracción: 100 kg/dm2 Alargamiento: 5% • Titanio • Propiedades: ♦ Es abundante pero su extracción es compleja y eso lo encarece. ♦ Resiste la corrosión y oxidación mejor que el acero inoxidable. ♦ Con propiedades análogas a las del acero, a veces las supera y las mantiene incluso hasta los 400ºC. ♦ Materia prima: rutilo ilmenita • Obtención Método KROLL: Cloración: se calienta el mineral (rojo vivo), y se añade cloro y carbón. Se forma tetracloruro de titanio. Transformación: la masa se introduce junto con un gas inerte en un horno a 1000ºC y se obtiene titanio esponjoso. 8
Obtención: en un horno eléctrico se le añaden fundentes y se obtiene titanio puro. • Aplicaciones:
Nitrato de Ti Fabricación de herramientas de corte. Carbonato de Ti Fabricación de aletas de turbinas hidráulicas y de gas. Aleación Estructuras y elementos destinados a la aeronáutica. ULTRALIGEROS ( < 2 Kg) • Magnesio:
Densidad: 1.74 kg/dm3 Punto de fusión 650ºC Resistividad: 0.8 mm2/m Dureza: 2 (escala de Mohs) Resistencia a la tracción: 18 kg/mm2 • Propiedades: ♦ En estado líquido o en polvo es muy inflamable (flash). ♦ Maleable y poco dúctil. ♦ Mal conductor de electricidad y calor. ♦ Débil frente a la corrosión húmeda. ♦ Materia prima: Carnalita (disuelta en el agua de mar) Dolomita • Obtención Carnalita: Electrólisis: en un horno que actúa como cátodo el magnesio sube a la superficie por la diferencia de densidades con las sales fundidas. Dolomita: Horno eléctrico: se añaden fundentes y se elimina el oxígeno obteniéndose magnesio. 9
• Aplicaciones
Puro (pocas) Productos pirotécnicos Desoxidante (fundiciones de aceros) Aleado Magnam Mg(98%) + Mn(2%) Fugmacin Mg(95%) + Zn (5%)