4 materiales NO ferrosos

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TEMA 2: MATERIALES METÁLICOS. MATERIALES NO FERROSOS

Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles.

1.- CLASIFICACIÓN

Se pueden clasificar en tres grupos

 Pesados: Son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto entre otros.

 Ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio.

 Ultraligeros: Su densidad es menor a 2 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación.

Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros.

2.- COBRE

Los minerales más utilizados para obtener cobre son sulfuros de cobre, especialmente la calcopirita. También existen minerales de óxido de cobre, destacando la malaquita y la cuprita.

2.1.- Propiedades:

 Es uno de los metales no ferrosos de mayor utilización.  Tiene un color rojo-pardo.

 Su conductividad eléctrica es elevada

 Su conductividad térmica también es elevada.

 Es un metal bastante pesado, su densidad es 8.9 gr/cm3.  Resiste muy bien la corrosión y la oxidación

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2.2.- Obtención del cobre

Existen dos métodos de obtención del cobre

 La vía seca: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre supera el 10%. Tiene las siguientes fases:

1.- Enriquecimiento: el mineral se tritura y se muele. Luego se separa la ganga de la mena mediante flotación (imagen 1 a 5)

2.- Oxidación parcial del mineral: El mineral que quede se lleva a un horno de pisos donde se oxida para eliminar el hierro presente. De este modo se separa el cobre del hierro (imagen 6)

3.- Fundición: se introduce el mineral de cobre en un horno donde se funde. Se añade sílice y cal que reaccionan con las impurezas, formando la escoria que flota y se elimina. Se obtiene cobre líquido con algo de impurezas (imagen 7 y 8)

4.- Afinado electrolítico del cobre (pureza 99,5%) (imagen 9)

https://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=lVBdpLx6078&NR=1 (ejemplo electrólisis)

 La vía húmeda: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre en el mineral es muy reducido (entre un 3 - 10%). Consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego mediante un proceso de electrólisis se obtiene el cobre

2.3.- Aplicaciones del cobre

 Su principal aplicación es como conductor eléctrico, pues su ductilidad le permite transformarlo en cables de cualquier diámetro.

 Por su alta resistencia a la oxidación se emplea en instalaciones de tuberías y calderas.

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2.4.- Aleaciones del cobre

Aleación Composición Propiedades Aplicaciones Latón Cobre y cinc Soporta el agua y el vapor Tortillería, grifos

Bronce Cobre y estaño Alta resistencia mecánica Elevada resistencia a la corrosión

Campanas, engranajes

Cuproaluminio Cobre y aluminio Mayor dureza y resistencia a la oxidación y corrosión

Hélices de barco, turbinas

Cuproníquel Cobre y níquel Monedas

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3.- ESTAÑO

El principal mineral de estaño es la casiterita (óxido de estaño)

 Tiene un color brillante.

 Es un metal bastante pesado, su densidad es 7,28 gr/cm3.

 Blando

 Es muy dúctil y maleable.  Resistente a la corrosión

3.2.- Obtención del estaño

El proceso de obtención del estaño es el siguiente:

1.- Enriquecimiento: el mineral se tritura y se muele. Luego se separa la ganga de la mena mediante flotación (imagen 1 a 3)

2.- Oxidación de los sulfuros: mediante tostación se convierten los posibles sulfuros de estaño en óxidos. (imagen 4)

3.- Reducción: consiste en la transformación del óxido de estaño en estaño. Se realiza en un horno reverbero calentándolo con carbón de coque. Al final de este proceso se deposita el estaño en la parte inferior y la escoria en la superior. (imagen 5)

4.- Afinado electrolítico del estaño (imagen 6)

3.3.- Aplicaciones del estaño

Su principal aplicación es la fabricación de hojalata. Cosiste en el recubrimiento de una chapa de acero con dos capas finas de estaño. El estaño protege al acero contra la oxidación.

3.4.- Aleaciones del estaño

Composición Aplicaciones

Plomo y estaño (Soldadura blanda) Material de aportación en soldaduras Cobre y estaño (Bronce) Campanas, engranajes

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4.- PLOMO

El mineral de plomo más empleado es la galena (sulfuro de plomo)

- Color gris plateado

- Densidad elevada (11,4gr/cm3) - Muy blando

- Baja conductividad térmica y eléctrica - Flexible

- Maleable

4.2.- Obtención del plomo

El método de extracción tiene las siguientes fases:

1.- Enriquecimiento: la galena se tritura y se muele. Luego se separa la ganga de la mena mediante flotación

2.- Oxidación de los sulfuros: mediantetostación se convierten los sulfuros de plomo en monóxido de plomo.

3.- Reducción del monóxido de plomo: se realiza en un horno de mufla al que se le añade carbón de coque. Se elimina la escoria y se obtiene plomo con impurezas (plomo de obra)

4.- Afinado electrolítico del plomo

4.3.- Aplicaciones:

 Por la alta densidad es opaco a las radiaciones electromagnéticas, se usa como escudo protector en instalaciones de radiología y centrales nucleares

 Recipientes que contengan ácidos (baterías y acumuladores eléctricos) por su resistencia a la corrosión.

 Aditivo del vidrio para dureza y peso (lentes)  Pintura antioxidante

4.4.- Aleaciones del plomo

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5.- CINC

Los minerales más utilizados para obtener cinc son la blenda y la calamina.

 Color blanco azulado

 Es un metal pesado, su densidad es 7,14 gr/cm3.

 Resiste muy bien la corrosión y la oxidación en el aire y en el agua.  Poco resistente al ataque de ácidos y sales

 Tiene el mayor coeficiente de dilatación térmica de todos los metales

 A temperatura ambiente es quebradizo, pero entre 100 y 150º C es muy maleable.

5.2.- Obtención del cinc

Existen dos métodos de obtención del cinc

 La vía seca: Se emplea solamente cuando el contenido de cinc supera el 10%. Tiene las siguientes fases:

1.- Enriquecimiento: el mineral se tritura y se muele. Luego se separa la ganga de la mena mediante flotación

2.- Oxidación de los sulfuros: mediante tostación se convierten los posibles sulfuros de cinc en óxidos.

3.- Reducción: consiste en la transformación del óxido de cinc en cinc. Se realiza en un horno de mufla calentándolo con carbón de coque. Al final de este proceso se deposita el cinc en la parte inferior y la escoria en la superior.

 La vía húmeda: Se emplea solamente cuando el contenido de cinc en el mineral es muy reducido (entre un 3 - 10%). Consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego mediante un proceso de electrólisis se obtiene el cinc

5.3.- Aplicaciones del cinc

Por su resistencia a la oxidación ambiental, su principal aplicación es el recubrimiento de piezas mediante el proceso de galvanizado. http://www.youtube.com/watch?v=_Ja3aZbScDk

En estado puro, también tiene las siguientes aplicaciones:  Recubrimiento de tejados.

 Canalones, depósitos.  Recubrimiento de pilas.

5.4.- Aleaciones del cinc

Aleación Composición Propiedades Aplicaciones Latón Cobre y cinc Soporta el agua y el vapor Tortillería, grifos

Alpaca Cobre, níquel y cinc Bisutería

Zamak Cobre, aluminio y cinc Resistencia mecánica y colabilidad

Múltiples

6.- ALUMNIO

https://www.youtube.com/watch?v=hyjsxvr0vdo&feature=related (8min) https://www.youtube.com/watch?v=iN7dHgyYDm4&feature=related (5min)

Es uno de los metales más abundante en la naturaleza. El mineral del que se extrae el aluminio es la

bauxita.

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- Color plateado

- Es un metal ligero (Baja densidad: 2,75gr/cm3) - Muy resistente a la oxidación.

- Es un buen conductor eléctrico y del calor. - Muy blando

- Es muy dúctil y maleable

6.2.- Obtención del aluminio

El método de extracción tiene dos fases; se emplea un método llamado Bayer y después se combina con la electrólisis.

6.3.- Aplicaciones del aluminio

 Por su resistencia a la corrosión se usa en utensilios de cocina, depósitos para bebidas, carpintería de exterior.

 Por su baja densidad y conductividad relativamente alta, se emplea como sustituto del cobre en cables de gran longitud

6.4.- Aleaciones del aluminio

Aluminio y cobre (Duraluminio) Sartenes, llantas

Aluminio y magnesio Aeronáutica y automóviles

Aluminio, níquel y cobalto (Alnico) Imanes permanentes

7.- TITANIO

Es un metal abundante en la naturaleza al encontrarse en la mayoría de las rocas de origen volcánico. Los principales minerales son el rutilo y la ilmenita

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- Duro y tenaz - Es dúctil y maleable

7.2.- Obtención del titanio

El método de extracción es un proceso complejo que encarece extraordinariamente el producto final. El método de obtención se denomina método Kroll, cuyas fases son:

1.- Cloración: se calienta el mineral al rojo vivo. Luego se le añade carbón y se hace circular cloro a través de toda la masa.

2.- Transformación: el compuesto obtenido en la cloración en un horno a 800º C. Se le añade un gas inerte (helio o argón) y magnesio, obteniéndose titanio esponjoso.

3.- Obtención: al titanio esponjoso se le introduce en un horno eléctrico al que se le añaden fundentes. El resultado es titanio puro.

7.3.- Aplicaciones del titanio

 Por su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas se emplea mayoritariamente en el sector aeronáutico.

 En forma de óxido y pulverizado se emplea para la fabricación de pinturas antioxidantes.  Reseñar su uso en el recubrimiento de edificios emblemáticos como es el caso del museo

Guggeheim de Bilbao

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8.- MAGNESIO

Los principales minerales de magnesio son: carnalita, dolomita y magnesita.

- Color blanco plateado

- Es un metal muy ligero (muy baja densidad: 1,74/cm3) - Baja resistencia mecánica, que se mejora con las aleaciones. - Muy inflamable en estado líquido o en polvo.

- Es maleable pero poco dúctil.

8.2.- Obtención del magnesio

Dependiendo del mineral utilizado se emplea uno de estos métodos:  Carnalita (cloruro de magnesio): mediante electrólisis del mineral

 Dolomita y magnesita (carbonatos de magnesio): se introduce el mineral en un horno eléctrico al que se le ha añadido fundentes.

8.3.- Aplicaciones del magnesio

En estado puro tiene pocas aplicaciones, excepto en la fabricación de productos pirotécnicos

8.4.- Aleaciones del magnesio

Composición Mejoras Aplicaciones

Magnesio y cinc (Magzin) Aumento de la resistencia mecánica

Aeroespacial y automoción Magnesio y aluminio (Magal) Aumento de la resistencia

mecánica

Aeroespacial y automoción Magnesio y manganeso

(Magnam)

Aumento resistencia a la corrosión