Los metales no ferrosos son aquellos en cuya composición no se encuentra el hierro. Los más importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estaño, aluminio, níquel y magnesio. Hay otros elementos, que en la naturaleza, con frecuencia se fusionan con ellos formando aleaciones, las cuales tienen una importancia comercial. También existen alrededor de 15 metales que son menos importantes, estos tienen distintos usos específicos dentro de la industria. Los metales no ferrosos se clasifican en tres grupos: Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³. Ligeros: aquellos cuya densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³. Ultraligeros: aquellos cuya densidad es menor de 2 kg/dm³.
Clasificación
Se pueden clasificar en cuatro grupos a. Metales 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. b. Metales ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio. c. Metales 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. d. Metales nobles: densidad alta. Este grupo, por su densidad, debería pertenecer a los metales pesados pero por su relevancia histórica siempre se han estudiado por separado. Son el oro, la plata y el platino. 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.
Metales no ferrosos pesados
- Estaño (Sn):
- Cobre (Cu):
- Cobalto (Co)
Metales no ferrosos ligeros
- Titamio:
- Punto de fusión: 1800 °C.°
- Resistividad: 0,8 W•mm2/m.
- Resistencia a la tracción: 100Kg/mm2
- Alargamiento: 5%
- Aluminio (Al):
- Densidad: 2,7 kg/dm³
- Punto de fusión: 660 ºC
- Muy ligero e inoxidable
- Buen conductor de electricidad y del calor.
Aleaciones y aplicaciones: Al +Mg: se emplea en la aeronáutica y automoción.
Metales no ferrosos ultraligeros
- Magnesio (Mg):
- Densidad: 1,74 kg/dm³
- Punto de fusión: 650 ºC
- En estado líquido y en polvo es muy inflamable; tiene un color blanco parecido al de la plata; es manejable; es más resistente que el aluminio.
Aplicaciones: se emplea en estado duro. Tiene pocas utilidades, excepto en la fabricación de productos pirotécnicos y como desoxidante en los talleres de fundición de acero.
COBRE
Las propiedades de este metal son:
- Es uno de los metales no ferrosos de mayor utilización.
- Tiene un color rojo-pardo.
- Su conductividad eléctrica es elevada (solo superada por la plata).
- Su punto de fusión es de 1083 ºC.
- 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.
- Es muy dúctil y maleable.
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. Los minerales de cobre suelen ira acompañados también de hierro. Existen dos métodos de obtención del cobre:
· La vía húmeda: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre en el mineral es muy reducido (menos de un 10%). Consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico y aplicar a la mezcla el proceso de electrólisis (es decir, aplicar una corriente continua introduciendo dos electrodos en la mezcla).
· La vía seca: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre supera el 10%. Consta de las siguientes fases.
1. Se tritura el mineral, se criba y se muele hasta reducirlo a polvo.
2. Se introduce en un recipiente con agua abundante, donde se agita para eliminar la ganga que flota. .
3.La mena 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.
4. A continuación se introduce el mineral de cobre en un horno donde se funde. Luego se añade sílice y cal que reaccionan con el azufre y restos de hierro, formando la escoria que flota y se elimina. El cobre líquido que se encuentra debajo se denomina cobre bruto, cuya pureza es del 40%.
5. Por último, para obtener un cobre de alta pureza se somete el líquido a un proceso electrólitico. El cobre tendrá una pureza del 99,9%.
Todas las aleaciones de cobre son altamente resistentes al ataque atmosférico, pero para la exposición a la intemperie son preferibles las que contienen mas de 80% de cobre (o el cobre mismo) a causa de su resistencia al agrietamiento por esfuerzos introducidos en la elaboración.
- Grupo A: de estructura homogénea que son tenaces y dúctiles y forman una viruta larga y continua.
- Grupo B: exentas de plomo de estructura duplex, forman una viruta larga pero frágil.
Todas las aleaciones de cobre son altamente resistentes al ataque atmosférico, pero para la exposición a la intemperie son preferibles las que contienen mas de 80% de cobre (o el cobre mismo) a causa de su resistencia al agrietamiento por esfuerzos introducidos en la elaboración.
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 fontanería, tuberías y calderas.
Son aleaciones con alto contenido de cobre:
- Cobre−Cadmio y Cobre−Cadmio−Estaño.
- Cobre−Cromo.
- c) Cobre−Berilio y Cobre−Berilio−Cobalto.
- d) Cobre−Níquel−Silicio.
- e) Cobre−Silicio− Manganeso Cobre−cadmio−estaño, que se utiliza para: líneas telefónicas conductores de líneas de ferrocarriles eléctricos.
- La aleación cobre−cadmio proporciona la conducción eléctrica, resistencia a la abrasión necesarias para el transporte de alta velocidad.
- Cobre−bronce−alpaca; Moneda.
- Cobre−berilio−cobalto: Herramientas de cuproberilio para trabajos en presencia de materiales explosivos. Matrices para plásticos
· Latones:
- Cu con Zn - Menos resistente que el Cu - Soporta mejor el agua y el vapor:
.- Uso en casquillos de ajuste de piezas mecánicas - Se añade Cu (moldeabilidad), Sn y Al (resistencia a la corrosión marina) o Pb (capacidad de mecanizado) para mejorar las propiedades.
Latones binarios cobre−cinc:
Los Latones Binarios tienen características muy específicas y sus aplicaciones están relacionadas con el porcentaje de zinc que contenga la aleación.
Se utilizan para:
- Bisutería de fantasía.
- Discos para monedas e insignias.
- Quincallería.
- Fundas de balas.
- Aplicaciones industriales.
- Instrumentos musicales.
- Telas metálicas.
- Radiadores de automóviles.
- Accesorios de fontanería sanitaria.
- Arquitectura. ·
Desde el punto de vista de la maquinabilidad, los latones con plomo están a la cabeza de todas las demás aleaciones.Se utilizan para:
- Piezas roscadas para electrotecnia.
- Engranajes. Conexiones machos y hembras.
- Piezas para circuitos eléctricos e instrumentos de precisión.
- Relojería.
- Válvulas para bicicletas.
- Tornos automáticos de gran velocidad.
- Accesorios para carpintería Piezas para automóviles.
- Elementos mecánicos diversos.
- Accesorios decorativos.
- Marcos de puertas, ventanas y vitrinas.
- Rieles para cortinas.
Los latones especiales se obtienen añadiendo uno o más elementos a los latones simples con el fin de mejorar las características de estos. Los elementos utilizados industrialmente, además del plomo, son el estaño, aluminio, manganeso, hierro, níquel, silicio y, en pequeñas proporciones, arsénico. Estos elementos se agregan para mejorar las propiedades mecánicas y aumentar la resistencia a ciertas formas de corrosión. Entre los Latones Especiales existe una gran variedad, pero los más importantes son los siguientes: Latón con Aluminio, Latón Almirantazgo, Latón Naval, Latones de Alta Resistencia. La Hélice naval de latón de alta resistencia, es una aplicación de Latón Especial. Por sus características, los Latones Especiales son utilizados en la fabricación de:
- Tubos de Condensadores.
- Tubos de Evaporadores. Cambiadores de Calor.
- Quincallería naval Engranajes.
- Tuberías para aire comprimido e hidráulica
- Perfiles arquitectónicos.
· Bronces:
- Cu con Sn (o cualquier otro metal menos el Zn). La aleación básica de bronce contiene aproximadamente el 88 % de cobre y el 12 % de estaño. Sus características son:
Contiene un 90% Cu – 10% Al. Sus cararcteristicas son:
A partir del descubrimiento de la pólvora se utilizó un bronce para cañones compuesto por un 90 a 91 % de cobre y un 9 a 10 % de estaño, proporción que se denomina comúnmente "bronce ordinario". Estas armas eran conocidas en China en épocas tan tempranas como el siglo XI a. C., y en Europa se utilizaron a partir del siglo XIII tanto para cañones como en falconetes. Para el siglo XV la artillería del Imperio otomano contaba con grandes bombardas de bronce.
Bronce para campanas
La fundición para campanas es generalmente frágil. La mayor proporción de cobre produce tonos más graves y profundos a igualdad de masa, mientras que el agregado de estaño, hierro o zinc produce tonos más agudos. Para obtener una estructura más cristalina y producir variantes en la sonoridad, los fundidores han utilizado también otros metales como antimonio o bismuto en pequeñas cantidades. La aleación con mayor sonoridad para fabricar campanas es el denominado metal de campana, que consta de 78 % de cobre y de 22 % de estaño. Es relativamente fácil para fundir.
Alpaca:
La alpaca es una aleación de cobre, níquel, cinc y estaño. Debido a que las alpacas presentan una maquinabilidad relativamente baja, es necesario mejorar esta propiedad agregando plomo. Las alpacas con plomo pueden ser moldeadas. Sin embargo, se encuentran más frecuentemente, en forma de productos forjados, tales como chapas o barras que se prestan bien al maquinado, como asimismo llaves y bulones. Sus aplicaciones son variadas:
Fabricación: Se obtienen en el estado de recocido y pueden soportar gran cantidad de trabajo en frío y se les puede dar la forma deseada por embutido profundo, rebordeado, rechazado, doblado y operaciones similares. El latón endurecido por trabajo en frío se ablanda a aproximadamente 593ºC. Soldadura, generalmente por el método oxiacetilénico, con un suministro suficiente de calor para vencer su alta conductividad térmica. Puede soldarse por arco eléctrico, con la aplicación de la soldadura por arco metálico protegido y por arco metálico o de tungsteno con protección gaseosa. Todas las aleaciones de cobre, excepto las que tienen aluminio, pueden soldarse con soldadura blanda o de plata. Maquinado, se realiza con facilidad con los métodos usuales y las herramientas estándar destinadas para el acero, pero con velocidades más altas. Para fines de maquinado, las aleaciones de cobre pueden dividirse en tres grupos:
Aleaciones del aluminio
El aluminio suele alearse con otros metales para mejorar sus propiedades mecánicas; se suele juntar con:
Las aleaciones de aluminio son fundidas principalmente por tres procesos:
Fundición de arena:
es el más sencillo y versátil de los procesos de fundición del aluminio. Es normalmente elegido para la producción de:
Fundición con molde permanente:
Se vierte el metal fundid en un molde metálico permanente bajo gravedad y bajo presión centrífuga solamente. Las piezas fundidas así tienen una estructura de grano más fino, y son más resistentes que las piezas fundidas con moldes de arena, debido a que la velocidad de enfriamiento es más rápida. Además, las piezas fundidas en molde permanente poseen generalmente menores contracciones y porosidad que las piezas fundidas en arena. Sin embargo, los moldes permanentes tienen limitaciones de tamaño, y para piezas complejas puede resultar difí
Aplicaciones del aluminio:
El aluminio puro es blando y frágil, pero sus aleaciones con pequeñas cantidades de cobre, manganeso, silicio, magnesio y otros elementos presentan una gran variedad de características adecuadas a las más diversas aplicaciones. Estas aleaciones constituyen el componente principal de multitud de componentes de los aviones y cohetes, en los que el peso es un factor crítico. Cuando se evapora aluminio en el vacío, forma un revestimiento que refleja tanto la luz visible como la infrarroja; además la capa de óxido que se forma impide el deterioro del recubrimiento, por esta razón se ha empleado para revestir los espejos de telescopios, en sustitución de la plata. Dada su gran reactividad química, finamente pulverizado se usa como combustible sólido de cohetes y para aumentar la potencia de explosión, como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención de metales.
NÍQUEL
- Cu con Sn (o cualquier otro metal menos el Zn). La aleación básica de bronce contiene aproximadamente el 88 % de cobre y el 12 % de estaño. Sus características son:
- Alta resistencia mecánica
- Elevada resistencia a la corrosión
- Acuñar monedas y para fabricar resortes, turbinas, y herramientas de corte.
Contiene un 90% Cu – 10% Al. Sus cararcteristicas son:
- Mayor dureza y resistencia a la oxidación y corrosión.
- Uso en industria para equipos expuestos a líquidos corrosivos.
A partir del descubrimiento de la pólvora se utilizó un bronce para cañones compuesto por un 90 a 91 % de cobre y un 9 a 10 % de estaño, proporción que se denomina comúnmente "bronce ordinario". Estas armas eran conocidas en China en épocas tan tempranas como el siglo XI a. C., y en Europa se utilizaron a partir del siglo XIII tanto para cañones como en falconetes. Para el siglo XV la artillería del Imperio otomano contaba con grandes bombardas de bronce.
Bronce para campanas
La fundición para campanas es generalmente frágil. La mayor proporción de cobre produce tonos más graves y profundos a igualdad de masa, mientras que el agregado de estaño, hierro o zinc produce tonos más agudos. Para obtener una estructura más cristalina y producir variantes en la sonoridad, los fundidores han utilizado también otros metales como antimonio o bismuto en pequeñas cantidades. La aleación con mayor sonoridad para fabricar campanas es el denominado metal de campana, que consta de 78 % de cobre y de 22 % de estaño. Es relativamente fácil para fundir.
Alpaca:
La alpaca es una aleación de cobre, níquel, cinc y estaño. Debido a que las alpacas presentan una maquinabilidad relativamente baja, es necesario mejorar esta propiedad agregando plomo. Las alpacas con plomo pueden ser moldeadas. Sin embargo, se encuentran más frecuentemente, en forma de productos forjados, tales como chapas o barras que se prestan bien al maquinado, como asimismo llaves y bulones. Sus aplicaciones son variadas:
- Telecomunicaciones
- Arquitectura,
- Decoración,
Fabricación: Se obtienen en el estado de recocido y pueden soportar gran cantidad de trabajo en frío y se les puede dar la forma deseada por embutido profundo, rebordeado, rechazado, doblado y operaciones similares. El latón endurecido por trabajo en frío se ablanda a aproximadamente 593ºC. Soldadura, generalmente por el método oxiacetilénico, con un suministro suficiente de calor para vencer su alta conductividad térmica. Puede soldarse por arco eléctrico, con la aplicación de la soldadura por arco metálico protegido y por arco metálico o de tungsteno con protección gaseosa. Todas las aleaciones de cobre, excepto las que tienen aluminio, pueden soldarse con soldadura blanda o de plata. Maquinado, se realiza con facilidad con los métodos usuales y las herramientas estándar destinadas para el acero, pero con velocidades más altas. Para fines de maquinado, las aleaciones de cobre pueden dividirse en tres grupos:
- Grupo A: de estructura homogénea que son tenaces y dúctiles y forman una viruta larga y continua.
- Grupo B: exentas de plomo de estructura duplex, forman una viruta larga pero frágil.
- Grupo C: con adición de 0.5 a 3.0% de plomo. Las aleaciones de cobre son altamente resistentes al ataque atmosférico y al agrietamiento.
Todas las aleaciones de cobre son altamente resistentes al ataque atmosférico, pero para la exposición a la intemperie son preferibles las que contienen mas de 80% de cobre (o el cobre mismo) a causa de su resistencia al agrietamiento por esfuerzos introducidos en la elaboración.
Son aleaciones con alto contenido de cobre:
Son aleaciones con alto contenido de cobre:
- Cobre−Cadmio y Cobre−Cadmio−Estaño.
- Cobre−Cromo.
- c) Cobre−Berilio y Cobre−Berilio−Cobalto.
- d) Cobre−Níquel−Silicio.
- e) Cobre−Silicio− Manganeso Cobre−cadmio−estaño, que se utiliza para: líneas telefónicas conductores de líneas de ferrocarriles eléctricos.
- La aleación cobre−cadmio proporciona la conducción eléctrica, resistencia a la abrasión necesarias para el transporte de alta velocidad.
- Cobre−bronce−alpaca; Moneda.
- Cobre−berilio−cobalto: Herramientas de cuproberilio para trabajos en presencia de materiales explosivos. Matrices para plásticos
ALUMINIO
Las propiedades de este metal son:
No se encuentra en la naturaleza en estado puro. El proceso para la producción de aluminio se realiza extrayendo del mineral, la bauxita, mediante purificación, la alúmina y, en una segunda fase, mediante electrolisis se obtiene el metal. El mineral del que se extrae el aluminio es la bauxita. El método de extracción tiene dos fases: Se emplea un método llamado de Bayer y después se combina con la electrólisis:
Las propiedades de este metal son:
- Es un metal muy ligero (2,7 gr/cm3) y muy resistente a la oxidación.
- Es un buen conductor eléctrico y del calor.
- Es muy dúctil y maleable.
- Su punto de fusión es de 660 ºC.
- Es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre.
- Resistencia a la corrosión y la oxidación.
No se encuentra en la naturaleza en estado puro. El proceso para la producción de aluminio se realiza extrayendo del mineral, la bauxita, mediante purificación, la alúmina y, en una segunda fase, mediante electrolisis se obtiene el metal. El mineral del que se extrae el aluminio es la bauxita. El método de extracción tiene dos fases: Se emplea un método llamado de Bayer y después se combina con la electrólisis:
- Se tritura y muele el mineral hasta reducirlo a polvo
- Se mezcla el polvo con sosa caústica, cal y agua caliente.
- La sosa disuelve la bauxita, separándose los residuos en el decantador.
- El material útil se llama alúmina, al cual debe eliminarse toda el agua que posea y refrigerarse. Hasta aquí el método Bayer.
- Para obtener el aluminio, se disuelve la alúmina en una sustancia llamada criolita a una temperatura de 1000 ºC y se somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio.
Aleaciones del aluminio
El aluminio suele alearse con otros metales para mejorar sus propiedades mecánicas; se suele juntar con:
- Con cobre: Es el duraluminio. Es un aluminio de alta dureza y buena maquinabilidad, además de ser ligero.
- Con Cinc: Es un aluminio duro y resistente a la corrosión.
- Estudio de la aleación intermetálica aluminio−níquel; la aleación íntermetálica de aluminio y níquel (Ni3Al) ofrece también perspectivas de operación a altas temperaturas y con buen rendimiento termodinámico.
Las aleaciones de aluminio son fundidas principalmente por tres procesos:
Fundición de arena:
es el más sencillo y versátil de los procesos de fundición del aluminio. Es normalmente elegido para la producción de:
- Cantidades pequeñas de piezas fundidas idénticas.
- Piezas fundidas complejas con núcleos complicados.
- Grandes piezas fundidas.
- Piezas fundidas para la construcción.
Fundición con molde permanente:
Se vierte el metal fundid en un molde metálico permanente bajo gravedad y bajo presión centrífuga solamente. Las piezas fundidas así tienen una estructura de grano más fino, y son más resistentes que las piezas fundidas con moldes de arena, debido a que la velocidad de enfriamiento es más rápida. Además, las piezas fundidas en molde permanente poseen generalmente menores contracciones y porosidad que las piezas fundidas en arena. Sin embargo, los moldes permanentes tienen limitaciones de tamaño, y para piezas complejas puede resultar difí
Aplicaciones del aluminio:
El aluminio puro es blando y frágil, pero sus aleaciones con pequeñas cantidades de cobre, manganeso, silicio, magnesio y otros elementos presentan una gran variedad de características adecuadas a las más diversas aplicaciones. Estas aleaciones constituyen el componente principal de multitud de componentes de los aviones y cohetes, en los que el peso es un factor crítico. Cuando se evapora aluminio en el vacío, forma un revestimiento que refleja tanto la luz visible como la infrarroja; además la capa de óxido que se forma impide el deterioro del recubrimiento, por esta razón se ha empleado para revestir los espejos de telescopios, en sustitución de la plata. Dada su gran reactividad química, finamente pulverizado se usa como combustible sólido de cohetes y para aumentar la potencia de explosión, como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención de metales.
- Transporte, como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques, blindajes, etc.
- Estructuras portantes de aluminio en edificios
- Embalaje, papel de aluminio, latas, tetrabrik, etc.
- Construcción; ventanas, puertas, perfiles estructurales, carpintería del aluminio en general, etc.
- Bienes de uso; utensilios de cocina, herramientas, etc.
- Transmisión eléctrica. Aunque su conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre, su mayor ligereza disminuye el peso de los conductores y permite una mayor separación de las torres de alta tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura.
- Recipientes criogénicos (hasta -200 ºC, ya que no presenta temperatura de transición (dúctil a frágil) como el acero, así la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas, calderería.
- Las sales de aluminio de los ácidos grasos (p. ej. el estearato de aluminio) forman parte de la formulación del NAPALM.
- Los hidruros complejos de aluminio son reductores valiosos en síntesis orgánica.
- Los haluros de aluminio tienen características de ácido Lewis y son utilizados como tales como catalizadores o reactivos auxiliares.
- Los aluminosilicatos son una clase importante de minerales. Forman parte de las arcillas y son la base de muchas cerámicas.
- Aditivos de óxido de aluminio o aluminosilicatos a vidrios varían las características térmicas, mecánicas y ópticas de los vidrios.
- El corundo (Al2O3) es utilizado como abrasivo. Unas variantes (rubí, zafiro) se utilizan en la joyería como piedras preciosas.
Proceso de obtención
Para obtener níquel metálico se sigue un proceso similar al del cobre: primero se tritura y muele el mineral y se separan los sulfuros por flotación; después, se tuesta la mezcla hasta obtener la mata de óxido de níquel; posteriormente, se reduce éste con carbono y , finalmente, se afina el metal por métodos electrolíticos, utilizando ánados de níquel impuro y cátodos formados por láminas de níquel puro.(La ventaja de extraer o refinar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza).
Aplicaciones
Debido a su gran resistencia a la corrosión, se emplea en:
- La industria alimentaria
- En la química para el revestimiento electrolítico de chapas de acero dulce. Este método se denomina niquelado. Rara vez se utiliza en estado puro. Es más frecuente encontrarlo formando aleaciones con el cobre, el hierro, el cromo, el volframio y el manganeso, a las que confiere un carácter inoxidable.
- Monedas de níquel en uso son una aleación de 25% de níquel y 75% de cobre.
- El níquel es también un componente clave de las baterías de níquel−cadmio.
- Baterías recargables, catálisis, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos
ALEACIONES
Entre las de alto porcentaje en níquel, en las que este llega a alcanzar hasta el 80 %, destacan la aleación con hierro, al que confiere gran resistencia a la corrosión y mejora sus propiedades magnéticas; el nicrom que es una aleación de níquel y cromo, utilizado para fabricar resistencias eléctricas por su resistividad; el invar., empleado en relojería por su coeficiente de dilatación prácticamente nulo. Monel es el nombre que se asigna a las aleaciones comerciales con razones níquel-cobre. El monel es más duro que el cobre y extremadamente resistente a la corrosión y posee una elevada resistencia al impacto.
Las aleaciones del monel resisten a la corrosión en un mayor rango de ambientes. Posee mayor resistencia que el níquel al ácido sulfúrico, salmuera y agua. El álnico o alnico es una aleación formada principalmente de cobalto, aluminio y níquel, aunque también puede contener hierro-cobre y en ocasiones titanio. Su uso principal es en aplicaciones magnéticas. En las de bajo contenido en níquel, su porcentaje de presencia no supera el 15%. Suele alearse con hierro y acero para mejorar para mejorar las características mecánicas de éstos y facilitar los tratamientos de templado. Los materiales que se obtienen resultan muy resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y de los agresivos químicos, por lo que suelen emplearse para fabricar utensilios de cocina, material quirúrgico y de laboratorio, y acumuladores de energía eléctrica. Las monedas de níquel en uso son una aleación de 25% de níquel y 75% de cobre. El níquel es también un componente clave de las baterías de níquel−cadmio.
ESTAÑO
El estaño es un metal de color blanco brillante, muy blando, de estructura cristalina, poco dúctil pero muy maleable. Su estructura cristalina se pone de manifiesto al doblar una barra de estaño: se escucha un ruido característico, denominado grito del estaño, producido por el rozamiento de los cristales entre sí. Puede ser laminado en finas planchas, que forman el papel de estaño. Es muy estable y resistente a los agentes atmosféricos a temperatura ambiente, aunque puede ser atacado con ácidos y productos alcalinos. No se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión.
Punto de fusión: 232° C
Densidad: 7’4 g/cm3
Por debajo de −18ºC empieza a descomponerse y convertirse en un polvo gris, peste del estaño.
Proceso de obtención
Se extrae principalmente de la casiterita, que es un mineral compuesto de dióxido de estaño. Dada su baja riqueza en estaño, es necesario concentrar previamente el mineral. Para ello, se tritura y se lava con el fin de separar la ganga. Posteriormente, se somete a un proceso de tostación para eliminar los sulfuros que pueden contener. Finalmente, el óxido de estaño se reduce en un horno de reverbero, utilizando antracita. El estaño fundido se recoge en el fondo del horno y se moldea en bloques. El proceso de afino se lleva a cabo en una cuba electrolítica. En este caso, al ánodo está formado por planchas de estaño bruto y cátodo, por láminas de estaño puro.
Aleaciones
Los elementos de aleación como el cobre, el antimonio, el bismuto, el cadmio o la plata aumentan su dureza. Las aleaciones más utilizadas son las soldaduras blandas, que se emplean para cierres y juntas de metales. La combinación de bismuto y cadmio con estaño y plomo produce aleaciones con bajo punto de fusión que se emplean como fusibles para extintores de fuego, tapones de calderas, etc. Las aleaciones de cobre y estaño reciben el nombre de bronces y pueden llevar o no elementos de modificación como zinc, plomo o manganeso. Se emplea por su ductilidad, suavidad de superficie, resistencia a la corrosión y cualidades higiénicas principalmente en chapas, tubos, alambres y tubos plegables. La banda de acero revestida de estaño denominada hojalata constituye uno de los materiales empleados con mayor profusión en la industria conservera.
Aplicaciones
Por su resistencia a la oxidación, casi la mitad de la producción mundial de estaño se emplea como recubrimiento electrolítico de otros metales. Constituye un elemento imprescindible en multitud de aleaciones: Los diversos tipos de bronces. El denominado metal blanco (aleación de cobre, estaño y plomo), empleado en la fabricación de cojinetes. Las aleaciones fusibles, utilizadas para construir componentes eléctricos de control, y la soldadura blanda, formada a base de estaño y plomo.
TITANIO
Metal de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica. Su punto de fusión es de 1668 °C y su densidad de 4’5 g/cm3 Se oxida y es atacado por los ácidos fuertes pero soporta los agentes atmosféricos. Tiene alta resistencia a la corrosión.
Obtención
Su mineral más común es el rutilo, dióxido de titanio cristalizado y de la ilmenita formada por titanio y hierro. La cloruración es la transformación de óxido de tetracloruro de titanio a temperatura elevada. Una vez condensado y purificado es reducido en un reactor y se obtiene la esponja de titanio. Después se funde y se obtienen los lingotes de metal. La extracción del titanio es un proceso complejo, lo que encarece extraordinariamente el producto final. En la actualidad, los minerales de los que se obtiene el titanio son el rutilo y la ilmenita. El titanio posee las siguientes características: • Es un metal blanco plateado que resiste mejor la oxidación y la corrosión que el acero inoxidable. • Las propiedades mecánicas son análogas, e incluso superiores, a las del acero, pero tiene la ventaja de que las conserva hasta los 400 °C.
Proceso obtención del titanio actual,
En la actualidad se emplea casi exclusivamente el método Kroll:
Aleaciones
Inicialmente la producción mundial de este metal era casi exclusivamente para uso en aplicaciones aeronáuticas y espaciales. Desde entonces su producción ha credido enormemente. Hoy en día, las aleaciones de titanio son comunes, metales de ingeniería fácilmente disponibles que compiten directamente con acero inoxidable y aceros especiales, aleaciones de cobre, de niquel, etc
Entre las de alto porcentaje en níquel, en las que este llega a alcanzar hasta el 80 %, destacan la aleación con hierro, al que confiere gran resistencia a la corrosión y mejora sus propiedades magnéticas; el nicrom que es una aleación de níquel y cromo, utilizado para fabricar resistencias eléctricas por su resistividad; el invar., empleado en relojería por su coeficiente de dilatación prácticamente nulo. Monel es el nombre que se asigna a las aleaciones comerciales con razones níquel-cobre. El monel es más duro que el cobre y extremadamente resistente a la corrosión y posee una elevada resistencia al impacto.
ESTAÑO
El estaño es un metal de color blanco brillante, muy blando, de estructura cristalina, poco dúctil pero muy maleable. Su estructura cristalina se pone de manifiesto al doblar una barra de estaño: se escucha un ruido característico, denominado grito del estaño, producido por el rozamiento de los cristales entre sí. Puede ser laminado en finas planchas, que forman el papel de estaño. Es muy estable y resistente a los agentes atmosféricos a temperatura ambiente, aunque puede ser atacado con ácidos y productos alcalinos. No se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión.
Punto de fusión: 232° C
Densidad: 7’4 g/cm3
Por debajo de −18ºC empieza a descomponerse y convertirse en un polvo gris, peste del estaño.
Proceso de obtención
Se extrae principalmente de la casiterita, que es un mineral compuesto de dióxido de estaño. Dada su baja riqueza en estaño, es necesario concentrar previamente el mineral. Para ello, se tritura y se lava con el fin de separar la ganga. Posteriormente, se somete a un proceso de tostación para eliminar los sulfuros que pueden contener. Finalmente, el óxido de estaño se reduce en un horno de reverbero, utilizando antracita. El estaño fundido se recoge en el fondo del horno y se moldea en bloques. El proceso de afino se lleva a cabo en una cuba electrolítica. En este caso, al ánodo está formado por planchas de estaño bruto y cátodo, por láminas de estaño puro.
Aleaciones
Los elementos de aleación como el cobre, el antimonio, el bismuto, el cadmio o la plata aumentan su dureza. Las aleaciones más utilizadas son las soldaduras blandas, que se emplean para cierres y juntas de metales. La combinación de bismuto y cadmio con estaño y plomo produce aleaciones con bajo punto de fusión que se emplean como fusibles para extintores de fuego, tapones de calderas, etc. Las aleaciones de cobre y estaño reciben el nombre de bronces y pueden llevar o no elementos de modificación como zinc, plomo o manganeso. Se emplea por su ductilidad, suavidad de superficie, resistencia a la corrosión y cualidades higiénicas principalmente en chapas, tubos, alambres y tubos plegables. La banda de acero revestida de estaño denominada hojalata constituye uno de los materiales empleados con mayor profusión en la industria conservera.
Aplicaciones
Por su resistencia a la oxidación, casi la mitad de la producción mundial de estaño se emplea como recubrimiento electrolítico de otros metales. Constituye un elemento imprescindible en multitud de aleaciones: Los diversos tipos de bronces. El denominado metal blanco (aleación de cobre, estaño y plomo), empleado en la fabricación de cojinetes. Las aleaciones fusibles, utilizadas para construir componentes eléctricos de control, y la soldadura blanda, formada a base de estaño y plomo.
TITANIO
Metal de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica. Su punto de fusión es de 1668 °C y su densidad de 4’5 g/cm3 Se oxida y es atacado por los ácidos fuertes pero soporta los agentes atmosféricos. Tiene alta resistencia a la corrosión.
Obtención
Su mineral más común es el rutilo, dióxido de titanio cristalizado y de la ilmenita formada por titanio y hierro. La cloruración es la transformación de óxido de tetracloruro de titanio a temperatura elevada. Una vez condensado y purificado es reducido en un reactor y se obtiene la esponja de titanio. Después se funde y se obtienen los lingotes de metal. La extracción del titanio es un proceso complejo, lo que encarece extraordinariamente el producto final. En la actualidad, los minerales de los que se obtiene el titanio son el rutilo y la ilmenita. El titanio posee las siguientes características: • Es un metal blanco plateado que resiste mejor la oxidación y la corrosión que el acero inoxidable. • Las propiedades mecánicas son análogas, e incluso superiores, a las del acero, pero tiene la ventaja de que las conserva hasta los 400 °C.
Proceso obtención del titanio actual,
En la actualidad se emplea casi exclusivamente el método Kroll:
- Obtención de tetracloruro de titanio por cloración a 800 °C, en presencia de carbono
- Se purifica el tetracloruro de titanio mediante destilación fraccionada.
- A continuación se reduce el TiCl4 con magnesio o sodio (proceso Hunter) molido en una atmósfera inerte,
- El titanio forma una esponja en la pared del reactor, la cual se purifica por lixiviación con ácido clorhídrico diluido. El MgCl2 se recicla electrolíticamente.
- La esponja resultante se compacta. Si se reduce el TiCl4 mediante sodio en lugar de magnesio, la esponja resultante es granular, lo que facilita el proceso de compactación. La esponja se funde en un horno con un crisol de cobre refrigerado, mediante un arco eléctrico de electrodo consumible en una atmósfera inerte. Se realiza un primer procesado, en el cual los lingotes se convierten en productos generales de taller.
- Se realiza un segundo procesado, en el que se obtienen las formas acabadas de los productos
Aleaciones
Inicialmente la producción mundial de este metal era casi exclusivamente para uso en aplicaciones aeronáuticas y espaciales. Desde entonces su producción ha credido enormemente. Hoy en día, las aleaciones de titanio son comunes, metales de ingeniería fácilmente disponibles que compiten directamente con acero inoxidable y aceros especiales, aleaciones de cobre, de niquel, etc
- Aleación α (Alfa): Las aleaciones α tienen dos atributos principalmente: la capacidad de soldado y la retención de resistencia a altas temperaturas. La primera resulta de la microestructura unifásica y la segunda es causada por la presencia del aluminio. La aleación α típica (Aleación titanio, 5% aluminio, 2,5% estaño) se utiliza para ensambles de tubos de escape de avión, componentes formados por láminas que operan a temperaturas hasta 480°C, tanque para combustibles de proyectiles y estructuras que operan por cortos periodos a temperaturas de hasta 600°C.
- Aleación α + β (Alfa + Beta): Estas aleaciones contiene suficientes elementos estabilizadores β para provocar que la fase β persista hasta la temperatura ambiente, y son más duras que las aleaciones α. La aleación típica α + β (Aleación titanio, 6% aluminio, 4% vanadio): se utiliza para fabricar discos y aletas de hélice de compresor de turbina de gas para avión, accesorios forjados para estructuras de avión, y piezas de láminas metálicas para estructuras de avión.
- Aleación β (Beta): La aleación típica β (Aleación titanio, 13% vanadio, 11% cromo, 3% aluminio) se utiliza para fabricar sujetadores de alta resistencia y para componentes aeroespaciales que requieren alta resistencia a temperaturas moderadas. Cuando se combina titanio con niobio, se forma un compuesto intermetálico superconductor; cuando se le combina con aluminio, se produce una nueva clase de aleaciones intermetálicas.
Aplicaciones
Sus aleaciones son duras y resistentes. El carburo de titanio se utiliza en la fabricación de aletas de turbinas en la industria aerospacial y en herramientas de corte. Dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas, se emplea mayoritariamente en la fabricación de estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, satélites de comunicaciones, etc.). Normalmente se suele emplear aleado con el 8 % de aluminio. Para mejorar las propiedades físicas, se le suele alear también con cromo, vanadio y molibdeno.
El Titanio y sus aleaciones desarrollan óxidos superficiales sumamente estables, de alta integridad, tenacidad y adherencia. Si este óxido superficial es rayado o dañado, se regenera inmediatamente en presencia de aire o agua. La película protectora de óxido es favorecida a medida que aumenta el carácter oxidante del ambiente. Por ello el titanio resiste a la corrosión en ambientes levemente reductores, neutros y altamente oxidantes hasta temperaturas elevadas. Resiste la acción de ácidos agresivos -excepto en altas concentraciones de ácido clorhídrico y fluorhídrico- que destruyen rápidamente a otros metales como el acero inoxidable. El titanio es altamente resistente al cloro húmedo (acuoso), al bromo, yodo y productos basados en cloro debido a su carácter altamente oxidante. Además es totalmente resistente a soluciones de cloritos, hipocloritos, cloratos, percloratos y dióxido de cloro.
Sus aleaciones son duras y resistentes. El carburo de titanio se utiliza en la fabricación de aletas de turbinas en la industria aerospacial y en herramientas de corte. Dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas, se emplea mayoritariamente en la fabricación de estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, satélites de comunicaciones, etc.). Normalmente se suele emplear aleado con el 8 % de aluminio. Para mejorar las propiedades físicas, se le suele alear también con cromo, vanadio y molibdeno.
- Se emplea también en la fabricación de herramientas de corte (nitrato de titanio), en la construcción de aletas para turbinas (carburo de titanio), así como, en forma de óxido y pulverizado, para la fabricación de pinturas antioxidantes.
- También se emplea para recubrimiento de edificios.
- Dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas, se emplea en: estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, transbordadores espaciales, satélites de comunicaciones, etc.).
- Herramientas de corte (nitrato de titanio).
- Aletas para turbinas (carburo de titanio).
- Pinturas antioxidantes (en forma de óxido y pulverizado).
- Se está utilizando en odontología como base de piezas dentales y en la unión de huesos, así como en articulaciones porque la incrustación de titanio en el hueso del cuerpo humano no provoca rechazo alguno y, pasado algún tiempo, se produce una soldadura de manera natural.
- Material tipo capsula y crisoles para laboratorios.
- Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de la tecnología aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas de frío y calor que se dan en el espacio.
- Se utiliza ampliamente en la industria química y petroquímica, también en la construcción de partes expuestas al agua salina, tales como piezas de barcos y plantas industriales costeras.
- Industria militar: El titanio se emplea en la industria militar como material de blindaje, en la carrocería de vehículos ligeros, en la construcción de submarinos nucleares y en la fabricación de misiles
El Titanio y sus aleaciones desarrollan óxidos superficiales sumamente estables, de alta integridad, tenacidad y adherencia. Si este óxido superficial es rayado o dañado, se regenera inmediatamente en presencia de aire o agua. La película protectora de óxido es favorecida a medida que aumenta el carácter oxidante del ambiente. Por ello el titanio resiste a la corrosión en ambientes levemente reductores, neutros y altamente oxidantes hasta temperaturas elevadas. Resiste la acción de ácidos agresivos -excepto en altas concentraciones de ácido clorhídrico y fluorhídrico- que destruyen rápidamente a otros metales como el acero inoxidable. El titanio es altamente resistente al cloro húmedo (acuoso), al bromo, yodo y productos basados en cloro debido a su carácter altamente oxidante. Además es totalmente resistente a soluciones de cloritos, hipocloritos, cloratos, percloratos y dióxido de cloro.
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