Tema7 Met No Ferrosos

TEMA 6. LOS METALES NO FERROSOS. ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN_______________________________________________________ 2 2. CLASIFICACIÓN ______________________________________________________ 2 3. METALES NO FÉRRICOS PESADOS _____________________________________ 2 3.1. COBRE (Cu) ______________________________________________________________ 2 A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________2 B) PROPIEDADES __________________________________________________________________2 C) APLICACIONES _________________________________________________________________2

3.2. ALEACIONES DE COBRE _________________________________________________ 3 A) BRONCE________________________________________________________________________3 B) LATÓN _______________________________________________________________________3

3.3. ESTAÑO (Sn) _____________________________________________________________ 3 A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________3 B) PROPIEDADES __________________________________________________________________3 C) APLICACIONES _________________________________________________________________4

3.4. CINC (Zn) ________________________________________________________________ 4 A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________4 B) PROPIEDADES __________________________________________________________________4 C) APLICACIONES _________________________________________________________________4

3.5. PLOMO (Pb) ______________________________________________________________ 4 A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________4 B) PROPIEDADES __________________________________________________________________5 C) APLICACIONES _________________________________________________________________5 D) ALEACIONES DE PLOMO_________________________________________________________5

3.6.

OTROS METALES NO FERROSOS PESADOS: ____________________________ 5

4. METALES NO FÉRRICOS LIGEROS______________________________________ 5 4.1. ALUMINIO (Al) ___________________________________________________________ 5 A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________5 B) PROPIEDADES __________________________________________________________________6 C) APLICACIONES _________________________________________________________________6 D) ALEACIONES LIGERAS DE ALUMINIO_____________________________________________6

4.2. TITANIO (Ti) _____________________________________________________________ 6 A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________6 B) PROPIEDADES __________________________________________________________________6 C) APLICACIONES _________________________________________________________________6

5. METALES NO FÉRRICOS ULTRALIGEROS _______________________________ 6 5.1. MAGNESIO (Mg)__________________________________________________________ 6 A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________7 B) PROPIEDADES __________________________________________________________________7 C) APLICACIONES _________________________________________________________________7 D) ALEACIONES DEL MAGNESIO __________________________________________________7

5.2. BERILIO (Be) _____________________________________________________________ 7 A) PROPIEDADES __________________________________________________________________7 B) APLICACIONES _________________________________________________________________7

TEMA 6. LOS METALES NO FERROSOS. 1. INTRODUCCIÓN Los metales ferrosos son los más importantes desde el punto de vista industrial, pues presentan excelentes propiedades mecánicas, capacidad para modificar sus propiedades por medio de tratamientos mecánicos y térmicos (como ya vimos en el tema 5) y bajo precio debido a su abundancia y fácil obtención. No obstante, hay veces que las exigencias técnicas obligan a usar materiales cuyas características no siempre son satisfechas por los metales férricos. Con frecuencia se exige de los metales buena resistencia a la corrosión, poco peso, gran resistencia mecánica, elevada conductividad eléctrica o térmica y alta resistencia al desgaste. Características difíciles de lograr con el hierro y sus aleaciones, pero que poseen distinto s metales no ferrosos.

2. CLASIFICACIÓN Los metales no ferrosos se pueden clasificar atendiendo a su densidad en tres grandes grupos: a) Metales no ferrosos pesados: Densidad igual o mayor a 5 kg/dm3. Los más importantes son el cobre y sus aleaciones (bronce y latón), estaño, cinc y plomo. b) Metales no ferrosos ligeros: Densidad comprendida entre 2 y 5 kg/dm3. Veremos el aluminio y sus aleaciones y el titanio. c) Metales no ferrosos ultraligeros: Densidad menor a 2 kg/dm3. Veremos el magnesio y el berilio, aunque este último casi siempre se usa como elemento de aleación y pocas veces en estado puro.

3. METALES NO FÉRRICOS PESADOS 3.1. COBRE (Cu) A) OBTENCIÓN El cobre se encuentra generalmente en la naturaleza formando minerales, siendo los más importantes los minerales sulfurados (calcopirita y calcosina) y los óxidos (malaquita y cuprita). El proceso de obtención del cobre puro a partir de estos minerales es por vía seca, según se explica en la página 95 del libro. B) PROPIEDADES • Conductividad térmica y eléctrica muy alta • Resistencia a la corrosión • Dúctil y maleable • Se deja soldar con facilidad C) APLICACIONES • Por su buena conductividad eléctrica se usa como conductor eléctrico en cables de baja tensión. • Por su buena conductividad térmica se usa en intercambiadores de calor, evacuadotes de calor, refrigeradores, calderas,… • Por ser dúctil y maleable es susceptible de dejarse conformar en delgadísimas láminas empleadas en objetos de artesanía y en la industria.

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3.2. ALEACIONES DE COBRE La adicción de elementos al cobre disminuye su conductividad eléctrica y térmica, pero mejora sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión. Las aleaciones de cobre más importantes son: Bronce y Latón. A) BRONCE Es una aleación de cobre y estaño, normalmente con menos de un 30 % de estaño. Si sólo lleva estos dos elementos se denomina bronce ordinario y si además se le añaden otros elementos que le confieren propiedades determinadas ( como cinc, fósforo, plomo, silicio) se denominan bronces especiales. • Propiedades:
Es duro, pero dúctil y maleable.
Más resistente a la corrosión que el cobre
Conserva la conductividad térmica y eléctrica aunque en menor medida. • Aplicaciones:
Fabricación de piezas mecánicas, engranajes, cojinetes, conducciones para líquidos y gases y otros accesorios para calefacción.
Los más duros (con más Sn) para campanas y timbres.
Los más blandos (con menos Sn) para fabricar chapas, alambres y medallas o monedas estampadas. B) LATÓN Es una aleación de cobre y cinc (30 a 55 %). Si además hay otros elementos se denominan latones especiales (manganeso, plomo,…). • Propiedades:
Es dúctil y maleable.
Buen conductor de la electricidad y el calor.
Resiste bien a la corrosión, especialmente ante agua y vapor caliente. • Aplicaciones: Se usa para la fabricación de numerosas piezas fundidas, forjadas o mecanizadas, entre ellas: tornillería, remaches, elementos de maquinas, griferías, elementos de decoración,… 3.3. ESTAÑO (Sn) El estaño puro tiene un color blanco brillante. A) OBTENCIÓN El estaño se obtiene a partir de un mineral denominado casiterita (78% de Sn). La casiterita se reduce en presencia de Carbono y elevada temperatura, de forma que se elimina así el oxígeno transformándose en estaño bruto por la siguiente reacción: SnO2 + C → Sn + CO2 Por refundiciones sucesivas o por procesos electrolíticos se obtiene el estaño puro. B) PROPIEDADES • Resistencia a la corrosión (es inoxidable) • Maleable y poco dúctil • Cuando se dobla se oye un crujido llamado “grito del estaño”. • Por debajo de -18ºC se descompone en un polvo gris, es la “enfermedad o peste del Sn” 3

C) APLICACIONES • Por su resistencia la corrosión se emplea en la fabricación de hojalata, que se obtiene al recubrir láminas de hierro con una capa exterior de estaño por inmersión en baño de estaño fundido. Se usa mucho en envases alimenticios. • Por su maleabilidad, en la fabricación de papel de estaño, para cubrir alimentos. • Es muy importante su aleación con cobre para obtener bronce. • También para obtener soldadura blanca al alearlo con plomo (Sn del 25 al 90 %) 3.4. CINC (Zn) De color blanco azulado. A) OBTENCIÓN Se obtiene principalmente a partir del mineral blenda (que tiene 67% de cinc y azufre). El proceso es el siguiente: 1. La blenda se somete a calcinación en presencia de aire puro para eliminar el azufre. Durante este proceso el cinc se combina con oxigeno para formar óxido de cinc. Por su parte el acero se elimina en forma de SO2 gaseoso que se suele usar para fabricar ácido sulfúrico. 2. El óxido de cinc (ZnO) se reduce a continuación para obtener cinc bruto metálico siguiendo 2 pasos: a. Por vía seca o reducción: El óxido de cinc se lleva a una temperatura de 1000ºC en un horno. El cinc liberado se evapora y se escapa del horno para condensarse en estado líquido por enfriamiento en un condensador. Este cinc que se obtiene no es puro, suele llevar impurezas. b. Se somete a electrólisis para purificar el cinc: Para ello el cinc fundido se introduce en unas células electrolíticas, donde al aplicar una diferencia de potencial el cinc se deposita en el electrodo negativo. B) PROPIEDADES • Resistencia a la corrosión. Se autoprotege contra la corrosión mediante una capa superficial de óxidos. • Posee un coeficiente de dilatación térmica muy alto. • A temperatura ambiente es frágil y quebradizo, pero entre 100 y 150 ºC es muy maleable. C) APLICACIONES • Para cubiertas de tejados, canales y otros elementos sometidos a la acción de agentes atmosféricos. • Como elemento de aleación en latones (cobre y cinc) • Como protector de metales corrosibles como el hierro, mediante el galvanizado. Dicho proceso consiste en introducir la pieza de hierro o acero en un baño de cinc fundido. Con ello se protege de la oxidación (ver teoría de la oxidación en pag. 101 del libro). 3.5. PLOMO (Pb) De color gris azulado. A) OBTENCIÓN Se obtiene a partir de la galena (que es un mineral formado por sulfuro de plomo, PbS, con un 85 % de Pb). El proceso es el siguiente: 1. Se tuesta el mineral, calentándolo mientras es atravesado por una corriente de aire, con lo que se elimina el azufre. Se obtiene óxido de plomo. 4

2. Reducción por fusión en un horno de cuba para separar el oxígeno del plomo y transformar éste en plomo bruto. 3. Se eliminan impurezas por medio de una fusión denominada de refinado y se obtiene el plomo puro. B) PROPIEDADES • Anticorrosivo: Resiste bien los agentes atmosféricos (en el aire se autoprotege formando de óxido) y químicos, aunque atacado por la mayoría de ácidos orgánicos débiles. • Muy blando y maleable. • Buen conductor del calor y la electricidad. • Pesado. C) APLICACIONES • Para fabricación de elementos que han de trabajar en ambientes corrosivos: revestimiento de aparatos y depósitos de la industria química y eléctrica, tuberías para gas o agua, aunque en esta última aplicación está siendo sustituido por el PVC. • Como elemento de protección contra los rayos X en medicina. • Para fabricación de pinturas antioxidantes. • Para mejorar el rendimientote la gasolina y reducir su contaminación en la combustión. D) ALEACIONES DE PLOMO El plomo y el estaño forman parte de numerosas aleaciones en las que a menudo interviene también el antimonio. Las principales son: • • • •

Soldadura blanda: aleación de estaño (25 al 90 %) y plomo. Metal antifricción: aleaciones empleadas en los cojinetes de distintos mecanismos. Metal de imprenta: aleación de Sn + Pb + Zn para los tipos y máquinas de imprenta. Plomo duro: aleación con un 10 % de antimonio. Se emplea en juguetes, cubiertos económicos,…

3.6. OTROS METALES NO FERROSOS PESADOS: Veremos el Cromo, Níquel, Wolframio y Cobalto (libro pag. 101)

4. METALES NO FÉRRICOS LIGEROS 4.1. ALUMINIO (Al) De color blanco plateado. A) OBTENCIÓN En la actualidad, el método Bayer es el único empleado por ser el más barato. Se parte del mineral bauxita (óxido de aluminio que contiene 55-60 % de Al, además de ácido silícico y óxido de hierro) y se sigue el siguiente proceso (ver fig. 6.20 pag. 103): 1. La bauxita, una vez molida, es atacada con una disolución de sosa cáustica (35% en volumen) a presiones y temperaturas elevadas. De aquí se obtiene la alúmina por precipitación. 2. Para obtener el aluminio a través de la alúmina se disuelve ésta en criolita fundida, que protege el baño de la oxidación, a una temperatura de unos 1000ºC y se la somete a un proceso de electrólisis que la descompone en aluminio y oxígeno. En dicho proceso, el aluminio se va depositando en la parte inferior de la cuba recubierta de grafito al que va conectado el borne positivo de la cuba. Al mismo tiempo, se desprende oxígeno en forma de CO y CO2. Se extrae el aluminio por esa parte inferior de la cuba. 5

B) PROPIEDADES • Material ligero. • Inoxidable al aire libre al cubrirse por una débil capa de óxido que lo protege. • No le atacan las sustancias orgánicas. • Maleable y dúctil. Fácil de mecanizar. • Buen conductor de la electricidad. C) APLICACIONES • Por su buena conductividad eléctrica y poco peso se usa en líneas eléctricas de alta tensión. • Por su resistencia a la corrosión se emplea en útiles de cocina, carpintería metálica y fabricación de pinturas resistentes a estados atmosféricos. • Por su poco peso en: construcciones aeronáuticas, ferroviarias, automovilísticas y estructuras metálicas. • Por elevada maleabilidad para papel de aluminio, como envoltura de alimentos. • En aleaciones ligeras. D) ALEACIONES LIGERAS DE ALUMINIO Se dividen en dos categorías: • Aleaciones para moldeo: las más comunes son con cobre, con magnesio o con silicio. Reducen el coeficiente de contracción, evitando que se produzcan griets o roturas. • Aleaciones para forja: Elevan la resistencia mecánica del aluminio. Este tipo de aleaciones tiene diversas aplicaciones: • Construcciones marinas y aeronáuticas. • Elementos de elevadas características mecánicas: émbolos, culatas, cojinetes,… • Elementos ligeros: CD-ROM, botes de refresco, cuadros de bicicletas,… 4.2. TITANIO (Ti) De color blanco plateado. A) OBTENCIÓN Se obtiene del rutilo (trióxido de titanio TiO3), el cual se trata con cloro en atmósfera inerte obteniéndose el tetracloruro de titanio (TiCl4). Tratando éste en atmósfera inerte con magnesio a elevadas temperaturas se obtiene el titanio puro. B) PROPIEDADES • Buena resistencia a la corrosión (más que el acero inoxidable) • Buena resistencia mecánica. • Ligero. C) APLICACIONES En aeronáutica, navegación, autocares, material bélico (proyectiles, misiles), transbordadores y naves espaciales. En forma de óxido y pulverizado como elemento antioxidante en la fabricación de pinturas.

5. METALES NO FÉRRICOS ULTRALIGEROS 5.1. MAGNESIO (Mg) Color y brillo semejante a la plata. 6

A) OBTENCIÓN Principalmente a partir de sus minerales: magnesita, dolomita y carnalita. B) PROPIEDADES • Muy ligero. • Más resistente que el aluminio, pero conduce peor la electricidad y el calor. • Muy maleable y poco dúctil. • No se oxida en presencia de aire seco, pero cuando hay humedad se corroe con facilidad. • Se mecaniza bien. C) APLICACIONES En estado puro tiene pocas aplicaciones, sólo en pirotecnia y en fotografía, ya que en su combustión desprende gran luminosidad. D) ALEACIONES DEL MAGNESIO Sus principales aleaciones son con aluminio, cinc y manganeso. Tienen bajo peso específico (ligeros) y buena maquinabilidad. Se emplean en la fabricación de maquinaria, motores, trenes y automóviles de carreras. 5.2. BERILIO (Be) A) PROPIEDADES • Alto punto de fusión. • Fuente de neutrones. B) APLICACIONES • Pantallas de protección frente a radiaciones. • Productos para generar energía nuclear. • Principalmente en aleaciones con cobre, aluminio, níquel y hierro.

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