TEMA 6. LOS METALES NO FERROSOS.
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<strong>TEMA</strong> <strong>6.</strong><br />
<strong>LOS</strong> <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> <strong>FERROSOS</strong>.<br />
ÍNDICE<br />
1. INTRODUCCIÓN_______________________________________________________ 2<br />
2. CLASIFICACIÓN ______________________________________________________ 2<br />
3. <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> FÉRRICOS PESADOS _____________________________________ 2<br />
3.1. COBRE (Cu) ______________________________________________________________ 2<br />
A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________2<br />
B) PROPIEDADES __________________________________________________________________2<br />
C) APLICACIONES _________________________________________________________________2<br />
3.2. ALEACIONES DE COBRE _________________________________________________ 3<br />
A) BRONCE________________________________________________________________________3<br />
B) LATÓN _______________________________________________________________________3<br />
3.3. ESTAÑO (Sn) _____________________________________________________________ 3<br />
A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________3<br />
B) PROPIEDADES __________________________________________________________________3<br />
C) APLICACIONES _________________________________________________________________4<br />
3.4. CINC (Zn) ________________________________________________________________ 4<br />
A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________4<br />
B) PROPIEDADES __________________________________________________________________4<br />
C) APLICACIONES _________________________________________________________________4<br />
3.5. PLOMO (Pb)______________________________________________________________ 4<br />
A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________4<br />
B) PROPIEDADES __________________________________________________________________5<br />
C) APLICACIONES _________________________________________________________________5<br />
D) ALEACIONES DE PLOMO_________________________________________________________5<br />
3.<strong>6.</strong> OTROS <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> <strong>FERROSOS</strong> PESADOS: ____________________________ 5<br />
4. <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> FÉRRICOS LIGEROS______________________________________ 5<br />
4.1. ALUMINIO (Al) ___________________________________________________________ 5<br />
A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________5<br />
B) PROPIEDADES __________________________________________________________________6<br />
C) APLICACIONES _________________________________________________________________6<br />
D) ALEACIONES LIGERAS DE ALUMINIO_____________________________________________6<br />
4.2. TITANIO (Ti) _____________________________________________________________ 6<br />
A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________6<br />
B) PROPIEDADES __________________________________________________________________6<br />
C) APLICACIONES _________________________________________________________________6<br />
5. <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> FÉRRICOS ULTRALIGEROS _______________________________ 6<br />
5.1. MAGNESIO (Mg)__________________________________________________________ 6<br />
A) OBTENCIÓN ____________________________________________________________________7<br />
B) PROPIEDADES __________________________________________________________________7<br />
C) APLICACIONES _________________________________________________________________7<br />
D) ALEACIONES DEL MAGNESIO__________________________________________________7<br />
5.2. BERILIO (Be) _____________________________________________________________ 7<br />
A) PROPIEDADES __________________________________________________________________7<br />
B) APLICACIONES _________________________________________________________________7
<strong>TEMA</strong> <strong>6.</strong> <strong>LOS</strong> <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> <strong>FERROSOS</strong>.<br />
1. INTRODUCCIÓN<br />
Los metales ferrosos son los más importantes desde el punto de vista industrial, pues<br />
presentan excelentes propiedades mecánicas, capacidad para modificar sus propiedades por<br />
medio de tratamientos mecánicos y térmicos (como ya vimos en el tema 5) y bajo precio<br />
debido a su abundancia y fácil obtención.<br />
No obstante, hay veces que las exigencias técnicas obligan a usar materiales cuyas<br />
características no siempre son satisfechas por los metales férricos. Con frecuencia se exige<br />
de los metales buena resistencia a la corrosión, poco peso, gran resistencia mecánica,<br />
elevada conductividad eléctrica o térmica y alta resistencia al desgaste. Características<br />
difíciles de lograr con el hierro y sus aleaciones, pero que poseen distinto s metales no<br />
ferrosos.<br />
2. CLASIFICACIÓN<br />
Los metales no ferrosos se pueden clasificar atendiendo a su densidad en tres grandes<br />
grupos:<br />
a) Metales no ferrosos pesados: Densidad igual o mayor a 5 kg/dm 3 . Los más<br />
importantes son el cobre y sus aleaciones (bronce y latón), estaño, cinc y plomo.<br />
b) Metales no ferrosos ligeros: Densidad comprendida entre 2 y 5 kg/dm 3 . Veremos<br />
el aluminio y sus aleaciones y el titanio.<br />
c) Metales no ferrosos ultraligeros: Densidad menor a 2 kg/dm 3 . Veremos el<br />
magnesio y el berilio, aunque este último casi siempre se usa como elemento de<br />
aleación y pocas veces en estado puro.<br />
3. <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> FÉRRICOS PESADOS<br />
3.1. COBRE (Cu)<br />
A) OBTENCIÓN<br />
El cobre se encuentra generalmente en la naturaleza formando minerales, siendo los más<br />
importantes los minerales sulfurados (calcopirita y calcosina) y los óxidos (malaquita y<br />
cuprita). El proceso de obtención del cobre puro a partir de estos minerales es por vía seca,<br />
según se explica en la página 95 del libro.<br />
B) PROPIEDADES<br />
• Conductividad térmica y eléctrica muy alta<br />
• Resistencia a la corrosión<br />
• Dúctil y maleable<br />
• Se deja soldar con facilidad<br />
C) APLICACIONES<br />
• Por su buena conductividad eléctrica se usa como conductor eléctrico en cables de baja<br />
tensión.<br />
• Por su buena conductividad térmica se usa en intercambiadores de calor, evacuadotes<br />
de calor, refrigeradores, calderas,…<br />
• Por ser dúctil y maleable es susceptible de dejarse conformar en delgadísimas láminas<br />
empleadas en objetos de artesanía y en la industria.<br />
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3.2. ALEACIONES DE COBRE<br />
La adicción de elementos al cobre disminuye su conductividad eléctrica y térmica, pero<br />
mejora sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión. Las aleaciones de cobre más<br />
importantes son: Bronce y Latón.<br />
A) BRONCE<br />
Es una aleación de cobre y estaño, normalmente con menos de un 30 % de estaño. Si sólo<br />
lleva estos dos elementos se denomina bronce ordinario y si además se le añaden otros<br />
elementos que le confieren propiedades determinadas ( como cinc, fósforo, plomo, silicio) se<br />
denominan bronces especiales.<br />
• Propiedades:<br />
Es duro, pero dúctil y maleable.<br />
Más resistente a la corrosión que el cobre<br />
Conserva la conductividad térmica y eléctrica aunque en menor medida.<br />
• Aplicaciones:<br />
Fabricación de piezas mecánicas, engranajes, cojinetes, conducciones para<br />
líquidos y gases y otros accesorios para calefacción.<br />
Los más duros (con más Sn) para campanas y timbres.<br />
Los más blandos (con menos Sn) para fabricar chapas, alambres y medallas o<br />
monedas estampadas.<br />
B) LATÓN<br />
Es una aleación de cobre y cinc (30 a 55 %). Si además hay otros elementos se denominan<br />
latones especiales (manganeso, plomo,…).<br />
• Propiedades:<br />
Es dúctil y maleable.<br />
Buen conductor de la electricidad y el calor.<br />
Resiste bien a la corrosión, especialmente ante agua y vapor caliente.<br />
• Aplicaciones:<br />
Se usa para la fabricación de numerosas piezas fundidas, forjadas o mecanizadas, entre<br />
ellas: tornillería, remaches, elementos de maquinas, griferías, elementos de<br />
decoración,…<br />
3.3. ESTAÑO (Sn)<br />
El estaño puro tiene un color blanco brillante.<br />
A) OBTENCIÓN<br />
El estaño se obtiene a partir de un mineral denominado casiterita (78% de Sn). La casiterita<br />
se reduce en presencia de Carbono y elevada temperatura, de forma que se elimina así el<br />
oxígeno transformándose en estaño bruto por la siguiente reacción:<br />
SnO2 + C → Sn + CO2<br />
Por refundiciones sucesivas o por procesos electrolíticos se obtiene el estaño puro.<br />
B) PROPIEDADES<br />
• Resistencia a la corrosión (es inoxidable)<br />
• Maleable y poco dúctil<br />
• Cuando se dobla se oye un crujido llamado “grito del estaño”.<br />
• Por debajo de -18ºC se descompone en un polvo gris, es la “enfermedad o peste del Sn”<br />
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C) APLICACIONES<br />
• Por su resistencia la corrosión se emplea en la fabricación de hojalata, que se obtiene<br />
al recubrir láminas de hierro con una capa exterior de estaño por inmersión en baño de<br />
estaño fundido. Se usa mucho en envases alimenticios.<br />
• Por su maleabilidad, en la fabricación de papel de estaño, para cubrir alimentos.<br />
• Es muy importante su aleación con cobre para obtener bronce.<br />
• También para obtener soldadura blanca al alearlo con plomo (Sn del 25 al 90 %)<br />
3.4. CINC (Zn)<br />
De color blanco azulado.<br />
A) OBTENCIÓN<br />
Se obtiene principalmente a partir del mineral blenda (que tiene 67% de cinc y azufre). El<br />
proceso es el siguiente:<br />
1. La blenda se somete a calcinación en presencia de aire puro para eliminar el azufre.<br />
Durante este proceso el cinc se combina con oxigeno para formar óxido de cinc. Por su<br />
parte el acero se elimina en forma de SO2 gaseoso que se suele usar para fabricar ácido<br />
sulfúrico.<br />
2. El óxido de cinc (ZnO) se reduce a continuación para obtener cinc bruto metálico<br />
siguiendo 2 pasos:<br />
a. Por vía seca o reducción: El óxido de cinc se lleva a una temperatura de 1000ºC en<br />
un horno. El cinc liberado se evapora y se escapa del horno para condensarse en<br />
estado líquido por enfriamiento en un condensador. Este cinc que se obtiene no es<br />
puro, suele llevar impurezas.<br />
b. Se somete a electrólisis para purificar el cinc: Para ello el cinc fundido se introduce<br />
en unas células electrolíticas, donde al aplicar una diferencia de potencial el cinc se<br />
deposita en el electrodo negativo.<br />
B) PROPIEDADES<br />
• Resistencia a la corrosión. Se autoprotege contra la corrosión mediante una capa<br />
superficial de óxidos.<br />
• Posee un coeficiente de dilatación térmica muy alto.<br />
• A temperatura ambiente es frágil y quebradizo, pero entre 100 y 150 ºC es muy<br />
maleable.<br />
C) APLICACIONES<br />
• Para cubiertas de tejados, canales y otros elementos sometidos a la acción de agentes<br />
atmosféricos.<br />
• Como elemento de aleación en latones (cobre y cinc)<br />
• Como protector de metales corrosibles como el hierro, mediante el galvanizado. Dicho<br />
proceso consiste en introducir la pieza de hierro o acero en un baño de cinc fundido.<br />
Con ello se protege de la oxidación (ver teoría de la oxidación en pag. 101 del libro).<br />
3.5. PLOMO (Pb)<br />
De color gris azulado.<br />
A) OBTENCIÓN<br />
Se obtiene a partir de la galena (que es un mineral formado por sulfuro de plomo, PbS, con<br />
un 85 % de Pb). El proceso es el siguiente:<br />
1. Se tuesta el mineral, calentándolo mientras es atravesado por una corriente de aire, con<br />
lo que se elimina el azufre. Se obtiene óxido de plomo.<br />
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2. Reducción por fusión en un horno de cuba para separar el oxígeno del plomo y<br />
transformar éste en plomo bruto.<br />
3. Se eliminan impurezas por medio de una fusión denominada de refinado y se obtiene el<br />
plomo puro.<br />
B) PROPIEDADES<br />
• Anticorrosivo: Resiste bien los agentes atmosféricos (en el aire se autoprotege<br />
formando de óxido) y químicos, aunque atacado por la mayoría de ácidos orgánicos<br />
débiles.<br />
• Muy blando y maleable.<br />
• Buen conductor del calor y la electricidad.<br />
• Pesado.<br />
C) APLICACIONES<br />
• Para fabricación de elementos que han de trabajar en ambientes corrosivos:<br />
revestimiento de aparatos y depósitos de la industria química y eléctrica, tuberías para<br />
gas o agua, aunque en esta última aplicación está siendo sustituido por el PVC.<br />
• Como elemento de protección contra los rayos X en medicina.<br />
• Para fabricación de pinturas antioxidantes.<br />
• Para mejorar el rendimientote la gasolina y reducir su contaminación en la combustión.<br />
D) ALEACIONES DE PLOMO<br />
El plomo y el estaño forman parte de numerosas aleaciones en las que a menudo interviene<br />
también el antimonio. Las principales son:<br />
• Soldadura blanda: aleación de estaño (25 al 90 %) y plomo.<br />
• Metal antifricción: aleaciones empleadas en los cojinetes de distintos mecanismos.<br />
• Metal de imprenta: aleación de Sn + Pb + Zn para los tipos y máquinas de imprenta.<br />
• Plomo duro: aleación con un 10 % de antimonio. Se emplea en juguetes, cubiertos<br />
económicos,…<br />
3.<strong>6.</strong> OTROS <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> <strong>FERROSOS</strong> PESADOS:<br />
Veremos el Cromo, Níquel, Wolframio y Cobalto (libro pag. 101)<br />
4. <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> FÉRRICOS LIGEROS<br />
4.1. ALUMINIO (Al)<br />
De color blanco plateado.<br />
A) OBTENCIÓN<br />
En la actualidad, el método Bayer es el único empleado por ser el más barato. Se parte del<br />
mineral bauxita (óxido de aluminio que contiene 55-60 % de Al, además de ácido silícico y<br />
óxido de hierro) y se sigue el siguiente proceso (ver fig. <strong>6.</strong>20 pag. 103):<br />
1. La bauxita, una vez molida, es atacada con una disolución de sosa cáustica (35% en<br />
volumen) a presiones y temperaturas elevadas. De aquí se obtiene la alúmina por<br />
precipitación.<br />
2. Para obtener el aluminio a través de la alúmina se disuelve ésta en criolita fundida, que<br />
protege el baño de la oxidación, a una temperatura de unos 1000ºC y se la somete a un<br />
proceso de electrólisis que la descompone en aluminio y oxígeno. En dicho proceso, el<br />
aluminio se va depositando en la parte inferior de la cuba recubierta de grafito al que va<br />
conectado el borne positivo de la cuba. Al mismo tiempo, se desprende oxígeno en<br />
forma de CO y CO2. Se extrae el aluminio por esa parte inferior de la cuba.<br />
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B) PROPIEDADES<br />
• Material ligero.<br />
• Inoxidable al aire libre al cubrirse por una débil capa de óxido que lo protege.<br />
• No le atacan las sustancias orgánicas.<br />
• Maleable y dúctil. Fácil de mecanizar.<br />
• Buen conductor de la electricidad.<br />
C) APLICACIONES<br />
• Por su buena conductividad eléctrica y poco peso se usa en líneas eléctricas de alta<br />
tensión.<br />
• Por su resistencia a la corrosión se emplea en útiles de cocina, carpintería metálica y<br />
fabricación de pinturas resistentes a estados atmosféricos.<br />
• Por su poco peso en: construcciones aeronáuticas, ferroviarias, automovilísticas y<br />
estructuras metálicas.<br />
• Por elevada maleabilidad para papel de aluminio, como envoltura de alimentos.<br />
• En aleaciones ligeras.<br />
D) ALEACIONES LIGERAS DE ALUMINIO<br />
Se dividen en dos categorías:<br />
• Aleaciones para moldeo: las más comunes son con cobre, con magnesio o con silicio.<br />
Reducen el coeficiente de contracción, evitando que se produzcan griets o roturas.<br />
• Aleaciones para forja: Elevan la resistencia mecánica del aluminio.<br />
Este tipo de aleaciones tiene diversas aplicaciones:<br />
• Construcciones marinas y aeronáuticas.<br />
• Elementos de elevadas características mecánicas: émbolos, culatas, cojinetes,…<br />
• Elementos ligeros: CD-ROM, botes de refresco, cuadros de bicicletas,…<br />
4.2. TITANIO (Ti)<br />
De color blanco plateado.<br />
A) OBTENCIÓN<br />
Se obtiene del rutilo (trióxido de titanio TiO3), el cual se trata con cloro en atmósfera inerte<br />
obteniéndose el tetracloruro de titanio (TiCl4). Tratando éste en atmósfera inerte con magnesio<br />
a elevadas temperaturas se obtiene el titanio puro.<br />
B) PROPIEDADES<br />
• Buena resistencia a la corrosión (más que el acero inoxidable)<br />
• Buena resistencia mecánica.<br />
• Ligero.<br />
C) APLICACIONES<br />
En aeronáutica, navegación, autocares, material bélico (proyectiles, misiles),<br />
transbordadores y naves espaciales. En forma de óxido y pulverizado como elemento<br />
antioxidante en la fabricación de pinturas.<br />
5. <strong>METALES</strong> <strong>NO</strong> FÉRRICOS ULTRALIGEROS<br />
5.1. MAGNESIO (Mg)<br />
Color y brillo semejante a la plata.<br />
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A) OBTENCIÓN<br />
Principalmente a partir de sus minerales: magnesita, dolomita y carnalita.<br />
B) PROPIEDADES<br />
• Muy ligero.<br />
• Más resistente que el aluminio, pero conduce peor la electricidad y el calor.<br />
• Muy maleable y poco dúctil.<br />
• No se oxida en presencia de aire seco, pero cuando hay humedad se corroe con<br />
facilidad.<br />
• Se mecaniza bien.<br />
C) APLICACIONES<br />
En estado puro tiene pocas aplicaciones, sólo en pirotecnia y en fotografía, ya que en su<br />
combustión desprende gran luminosidad.<br />
D) ALEACIONES DEL MAGNESIO<br />
Sus principales aleaciones son con aluminio, cinc y manganeso. Tienen bajo peso<br />
específico (ligeros) y buena maquinabilidad. Se emplean en la fabricación de maquinaria,<br />
motores, trenes y automóviles de carreras.<br />
5.2. BERILIO (Be)<br />
A) PROPIEDADES<br />
• Alto punto de fusión.<br />
• Fuente de neutrones.<br />
B) APLICACIONES<br />
• Pantallas de protección frente a radiaciones.<br />
• Productos para generar energía nuclear.<br />
• Principalmente en aleaciones con cobre, aluminio, níquel y hierro.<br />
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