Los metales han estado siempre presentes en la historia de la humanidad desde tiempos muy antiguos, hasta el punto de que su utilización preferente en distintas épocas ha servido de pauta para la denominación de largos periodos de tiempo prehistóricos, tales como la "Edad de Bronce" o la "Edad del Hierro".
Además de los metales usados tradicionalmente como el plomo, el estaño, el níquel o el magnesio, en la industria metalúrgica moderna han hecho aparición, como consecuencia del avance tecnológico, nuevos metales como el titanio o el boro que hasta hace pocos años se consideraban una mera curiosidad científica. Un buen ejemplo de ello es el avance de las aleaciones de titanio y boro utilizadas en la exploración espacial.
Todos estos metales no ferrosos poseen en la actualidad una gran importancia tecnológica. Se calcula que el 16% de la corteza terrestre está formada por combinaciones de cobre, cinc y plomo, mientras el aluminio participa con un 8%, si bien su abundancia no va ligada necesariamente a la facilidad o posibilidad de su obtención.
Sus aplicaciones son muy variadas, entre las que destacan la construcción, la fabricación de vehículos de transporte, los bienes eléctricos y los electrodomésticos.
En general, en su estado puro, todos los metales no ferrosos tienen una serie de propiedades:
El cobre es uno de los materiales no ferrosos de mayor utilización. Posee una apariencia metálica de color pardo-rojizo. Elevada conductividad eléctrica y térmica. es un metal bastante pesado. Es muy resistente a los agentes atmosféricos e inoxidable a temperatura ambiente. Muy dúctil y maleable, lo que lo hace ideal para estirarse en hilos. Por todo ello, sus principal aplicación son:
5.3.- Aleaciones de Plomo
Sus aplicaciones son muy variadas, entre las que destacan la construcción, la fabricación de vehículos de transporte, los bienes eléctricos y los electrodomésticos.
2.- Clasificación de los Metales No Ferrosos
En general, en su estado puro, todos los metales no ferrosos tienen una serie de propiedades:
- Son blandos, por lo que se pueden moldear y mecanizar fácilmente
- Baja Resistencia mecánica
- Resistentes a la oxidación y a la corrosión
- Gran conductividad térmica y eléctrica
- Presentan buen acabado superficial, lo que los hace útiles como elementos decorativos
- Forman aleaciones, mezclando dos o mas de estos metales o con no metales a temperaturas superiores a las de fusión, consiguiendo así mejorar sus propiedades mecánicas
- Metales Ultraligeros: Magnesio y Berilo
- Metales Ligeros: Aluminio y Titanio
- Metales Pesados: Cobre, Estaño, Plomo y Cinc
3.- El Cobre
3.1.- Propiedades y Aplicaciones del Cobre
- Conductor eléctrico: Por sus propiedades eléctricas se utiliza en el cableado de baja tensión, viviendas e interiores, lámparas y maquinaria eléctrica en general.
- Fontanería y Plantas Químicas: Por su resistencia a la oxidación se usa en tuberías, vierteaguas serpentines, calderas y equipos de refrigeración.
3.2.- Metalurgia del Cobre
Por lo general, los minerales más utilizados para obtener cobre son los sulfurados, que contienen altas cantidades de hierro y otras impurezas valiosas que interesa recuperar. El proceso industrial para conseguir el cobre se resume en seis pasos:
- Primeramente, el mineral se somete a procesos de trituración y pulverización en un molino de bolas de acero, y luego se agita para eliminar la ganga (rocas y tierra pulverizada).
- A continuación se tuesta en un horno con pequeñas cantidades de aire, de forma que se forma óxido de hierro pero no de cobre.
- la mezcla se somete a temperaturas superiores a 1100ºC, obteniéndose dos capas inmiscibles. La capa superior estará formada por escoria, y la inferior por sulfuro de cobre. Esta capa inferior, denominada Mata, tiene una abundancia de hasta el 45% en Cu.
- La Mata se somete a un proceso de oxidación en un convertidor, de donde se obtiene el cobre bruto con un 95% de pureza:
2 Cu2S + 3 O2 --> 2 Cu2O + 2 SO2
2 Cu2O + Cu2S -- SO2 + 6 Cu
- La colada de cobre fundido se vierte en moldes que actuarán como ánodos para el posterior proceso de refino electrolítico.
- Por último, se somete a una purificación electrolítica en una cuba con una disolución de sulfato de cobre y finas láminas de cobre a modo de cátodo. El cobre de los ánodos se disuelve y se deposita en estado puro sobre los cátodos con la que finalmente se alcanza hasta un 95,95% de pureza.
3.3.- Aleaciones de Cobre
Sus principales aleaciones son:
- Bronce (Cobre + Estaño): Se utiliza para fabricar timbres, campanas, piezas metálicas, cojinetes estatuas y en ornamentación. Singular es el hecho de ser el "metal" usado para reconocer a los terceros clasificados en un podium olímpico, después del oro y la plata.
- Latón (Cobre + Cinc): Se emplea principalmente en estampados, radiadores, canalizaciones y ferretería.
4.- El Estaño
4.1.- Propiedades y Aplicaciones del Estaño
El estaño es un metal de color blanco plateado. Presenta menor dureza que el cinc y mayor que el plomo. A temperatura de 100ºC es muy dúctil y maleable, hasta el punto de que se pueden fabricar finísimas hojas de estaño. En caliente se vuelve quebradizo y puede pulverizarse. Es atacado por los ácidos fuertes. Su principal aplicación es estado puro es recubrir el acero para formar la hojalata, tan utilizada por la industria conservera.
4.2.- Metalurgia del Estaño
El Estaño es un elemento muy escaso en la corteza terrestre, siendo el mineral de casiterita el mineral más importante. Existen dos procedimientos para obtener Sn en estado puro:
- Reducción Pirometalúrgica de la Casiterita: Una vez hemos separado las impurezas presentes en la casiterita la introducimos en un horno de reverbero donde, a temperaturas de 1250ºC se reduce a estaño bruto mediante carbón de coque (SnO2 + 2C --> 2 CO + Sn) y luego se refina para obtener metal puro al 99,8%.
- Recuperación Electrolítica de la Hojalata: La hojalata, que es acero cubierto de una capa de estaño. Su gran consumo en la industria conservera ha hecho necesaria la creación de métodos de reciclaje. Este consiste en introducir la hojalata en una disolución de hidróxido de sodio para disolver en ella el estaño, que luego se recupera por electrólisis.
4.3.- Aleaciones de Estaño
Sus principales aleaciones son:
- Bronce (Cobre + Estaño): ya vista al hablar del cobre
- Metal de Soldadura (Estaño y Plomo): Usada para realizar soldaduras blandas, generalmente de componentes eléctricos y electrónicos.
- Metal de Imprenta (Estaño + Plomo + Antimonio)
- Metal Babbit (Estaño + Cobre + Antimonio y Plomo): Es una aleación antifricción empleada en la fabricación de cojinetes, bielas, árboles de levas y ventiladores.
5.- El Plomo
5.1.- Propiedades y Aplicaciones del Plomo
El plomo es un metal de color gris azulado, extraordinariamente denso (11 gr/cc), blando (se puede rayar con una uña), de bajo punto de fusión (327ºC) y baja conductividad eléctrica y térmica. Recién cortado presenta una superficie brillante que rápidamente se empaña al contacto con el aire por oxidación superficial. Con la humedad se recubre de una capa de carbonato de plomo que lo hace muy resistente a los agentes atmosféricos. Es muy tóxico para el organismo humano, dando lugar al saturnismo, consistente en un cuadro de anemias, estreñimiento y parálisis en las articulaciones. Por estas características se emplea principalmente en:
- Revestimiento de cables eléctricos y baterías: debido a su baja conductividad eléctrica.
- Tuberías sanitarias, tanques y revestimientos de cables subterráneos: debido a la capa superficial de carbono que lo hace resistente a la humedad.
- Catalizador en Gasolinas: Disuelto en pequeñas dosis en el combustible, aumenta su rendimiento. Ya se ha descartado su uso debido a su dañino efecto en el medio ambiente.
- Blindaje Protector de Organismos Vivos: Su alta densidad lo hace virtualmente impenetrable por las radiaciones nucleares y rayos X, por lo que se usa para proteger a los organismos vivos de sus efectos cancerígenos.
5.2.- Metalurgia del Plomo
Para obtener plomo se suele partir del mineral de galena, previamente enriquecido por trituración y molienda para separar el Pb de la ganga y otros elementos. La galena enriquecida PbS se trata en un horno en el que se somete a tostación por encima de 800ºC mezclada con fundentes silícicos y aire (O2). El PbO resultante de este proceso (2 PbS + 3O2 --> 2 PbO + 2 SO2) se reduce a metal puro en un alto horno en el que se introduce:
- Monóxido de Plomo PbO: Fuente del metal
- Carbón de coque CO: como combustible y como reactor
- Aire: A través de la tobera para aporte de O2: 2 C + O2 --> 2CO
Sus principales aleaciones son:
- Metal de Soldar: Ya vista al hablar del estaño
- Metal de Imprenta: Ya vista al hablar del estaño
- Metal Babbitt: Ya vista al hablar del estaño
6.- El Cinc
6.1.- Propiedades y Aplicaciones del Cinc
El Cinc es un metal pesado de color blanquecino que posee muchas aplicaciones industriales. Es muy frágil a temperatura ordinaria, maleable entre los 120ºC y los 150ºC, para volver a ser quebradizo entre los 200ºC y los 300ºC. Se oxida en el aire húmedo formando una capa de óxido que lo protege de una oxidación posterior, haciéndose resistente a la corrosión. Funde a 420ºC y hierve cerca de los 900ºC.Gracias a estas propiedades se utiliza en:
- Chapas de Tejados, canalones, tubos de bajada de agua y depósitos de agua: Al ser resistente a la oxidación.
- Capa protectora: En procesos de galvanizado de hierros y aceros: al ser resistente a la corrosión.
- Fabricación de Pilas Secas
6.2.- Metalurgia del Cinc
El Cinc se obtiene principalmente a partir del sulfuro, del óxido y del carbonato. El primer paso es transformar los minerales en óxido y posterior reducción a metal bruto que luego hay que purificar mediante una cuidadosa redestilación:
- Calcinación del Carbonato: en ausencia de oxígeno (ZnCO3 --> CO2 + ZnO)
- Tostación del Sulfuro: en presencia de oxígeno (2 ZnS + 3 O2 --> 2 ZnO + 2 SO2)
- Spelter: Posterior reducción del óxido en un horno eléctrico (ZnO + CO --> CO2 + Zn)
6.3.- Aleaciones de Cinc
- Latón (Cobre + Cinc): Ya vista al hablar del cobre
- Zamac (Cinc + Aluminio + Magnesio + Cobre): Para fabricar piezas de moldeo usadas en cristales y puertas de vehículos.
7.- El Aluminio
7.1.- Propiedades y Aplicaciones del Aluminio
El Aluminio es uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre., si bien no se encuentra libre, sino en forma de óxido Al2O3 (alúmina) en minerales como la Bauxita. Es un metal ligero de color blanco, muy dúctil y maleable, de bajo punto de fusión y alto punto de ebullición. Buen conductor de la electricidad y del calor. Se oxida fácilmente de manera superficial formando una capa de alúmina que impide que continúe la oxidación. A causa de sus excelentes propiedades se usa cada vez más en la industria:
- Industria aeronáutica, automovilisica y ferroviaria: gracias a su reducida densidad
- Conductor de tendidos aéreos de Alta Tensión: Gracias a su conductividad y ligereza
- Depósitos y latas de fácil apertura: Por su resistencia a la corrosión y ligereza
- Utensilios y baterías de cocina: Por su elevada conductividad térmica
- Papel de aluminio: Su fácil laminación
7.2.- Metalurgia del Aluminio
la obtención industrial del Aluminio consiste en un proceso muy complejo que consta de dos partes a saber:
- Separación de la Alúmina: Primero lavamos la bauxita con sosa cáustica caliente, separando los minerales que no tienen aluminio y solubilizando en forma de hidroxilo Al(OH)4 los que si lo tienen. Después enfriamos la disolución para que precipite el hidróxido, y se calienta a 1050ºC para que precipite el óxido Al2O3:
Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O --> 2 Na[Al(OH)4]
2 Al (OH)3 --> Al2O3 - 3 H2O
- Reducción Electrolítica de la Alúmina: La disolución de alúmina se introduce en una cubeta electrolítica de acero en la que usamos bloques de carbón de antracita como ánodo. El aluminio que se deposita en el fondo de la cubeta tiene un 99,5% de pureza, Mediante un proceso de refino llegamos al 99,95% de pureza:
2 Al2O3 + 3 C --> 4 Al + 3 CO2
7.3.- Aleaciones de Aluminio
Debido a que el aluminio es mecánicamente débil, suele alearse con otros metales (como el cobre, el cinc, el manganeso, el silicio y el magnesio) para mejorar estas características mecánicas, variando a su vez otras propiedades tales como la resistencia, la corrosión y la ductilidad. Estas propiedades muchas veces superan en calidad incluso a los aceros, por lo que encuentran gran campo de aplicación en la industria aeronáutica, piezas de motores, bicicletas y una infinidad de estructuras que requieren ligereza y elevada resistencia.
8.- Otros Metales No Ferrosos
- Níquel: Metal de color blanco brillante que, una vez pulimentado, adquiere un aspecto decorativo. Es duro y tenaz, maleable y dúctil, por lo que puede forjarse, laminarse y estirarse tanto en frío como en caliente. se usa como elemento de aleación aceros inoxidables y monedas.
- Cobalto: Metal de color plateado, duro y tenaz. Es inalterable en agua y aire. Su principal aplicación es en la fabricación de instrumental quirúrgico y en aleaciones para herramientas de corte.
- Wolframio: Metal blanco grisáceo, muy duro y pesado. se utiliza en herramientas de corte rápido y como filamento de las lámparas incandescentes, ya en desuso.
- Cromo: Metal de color blanco plateado con tinte azulado, pesado y muy duro. Se emplea en la fabricación de aceros cromados y para recubrir superficies sometidas a desgaste por rozamiento.
- Titanio: metal ligero de color blanco grisaceo y brillante. posee alta resistencia mecánica y a la corrosión. Se usa en cirugía, como sustituto de huesos y cartílagos, para fabricar depósitos de agua salada, bicicletas y construcciones aeronáuticas.
- Magnesio: Metal brillante plateado semejante al acero. Se usa en aleaciones. Debido a que no provoca chispas, se usa en vagonetas para transportar explosivos.
- Mercurio: Metal pesado, líquido a temperatura ambiente y altamente tóxico por inhalación o por transpiración cutánea. se emplea en termómetros, barómetros y lámparas de vapor de Hg.
- Platino: Metal de color blanco, brillante, buen conductor del calor y de la electricidad, pesado, dúctil y maleable. se usa para fabricar componentes eléctricos y electrónicos.
- Berilo: metal de color gris. En estado puro es maleable pero si tiene impurezas se vuelve quebradizo. Se us en aviones, tubos de rayos X, ordenadores y equipos láser y de televisión.
