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5. EL ALUMINIO
El aluminio es tercer elemento más abundante de la tierra. Constituye
aproximadamente el 8% de su corteza. Sólo el silicio y el oxígeno son más
abundantes.
Sólo existe en la naturaleza en combinación con otros materiales - silicatos
y óxidos- muy estables, que dificultaron el desarrollo de métodos para
obtener el aluminio en un estado razonablemente puro.
Como metal su uso común es muy reciente.
Las primeras civilizaciones utilizaban adobes ricos en aluminio para crear cerámica y sales de
aluminio para hacer medicinas y colorantes.
En 1808, Sir Humphrey Davy de Gran Bretaña, estableció la existencia del aluminio y le dio su
nombre.
En 1821, Pierre Vertier encuentra en Provenza una piedra dura, rojiza y parecida a la arcilla,
que contenia un 52% de óxido de aluminio, a la que denominó Bauxita.
El aluminio no fue aislado como tal hasta 1825. El primer lingote de aluminio se presentó al
mundo en 1855 en la Exposición Universal.
30 años más tarde, en 1886 simultáneamente el francés Paul Heroult y el americano Charles
Martin Hall hallarían el procedimiento industrial para la obtención del aluminio a partir de la
electrólisis.
La presencia de este metal en la arquitectura se remonta a 1897 con la construcción de la
cúpula de la iglesia de Sant Joaquino con aluminio impuro.
5.1. Propiedades.
Símbolo
Número Atómico
Punto de Fusión
Punto de Ebullición
Densidad
Color
-
Al
13
660,32 ºC
2519 ºC
2,70 g/cm3 a 20 ºC
Plateado-blanco.
Metal muy electropositivo y extremamente reactivo.
Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de
aluminio resiste a la corrosión. Esto hace que sea inerte a los ácidos, pero no a los alcalís.
Es un metal ligero.
Es un buen conductor de electricidad, sólo superado por el cobre.
El aluminio puro tiene unas propiedades mecánicas reducidas pero sus aleaciones
consiguen puntos muy elevados.
Tiene una buena conductibidad térmica.
Es maleable y dúctil pero tiene escasa resistencia mecánica.
5.2.Minerales
Se encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio puro o mezclado con otros metales
como sodio, potasio, hierro, calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. Los silicatos no
son menas útiles, porque es extremamente difícil y caro extraer el aluminio de ellas.
1
Entre estas combinaciones naturales destacan: ortosa o feldespato potásico [KAlSi3O8], albita o
feldespato sódico [NaAlSi3O8], anortita o feldespato cálcico [CaAl2Si3O8], moscovita o mica de
potasio [KAl2(AlSi3O10)(OH,F)2], caolín o caolinita [Al4(Si4O10)(OH)8], corindón [Al2O3] y arcillas
(mezclas de productos de descomposición de silicatos de aluminio (granito, gneis, feldespatos)
por acción del agua, dióxido de carbono, calor, etc).
La bauxita [Al2O3.xH2O], óxido de aluminio hidratado
impuro, es la fuente comercial de aluminio y de sus
compuestos.
5.3. Obtención
El procedimiento de extracción consta de dos fases:
-
Extracción del óxido de aluminio puro Al2O3 (alúmina) de la bauxita.
La alúmina se obtiene a partir del método químico desarrollado por K. J. Bayer consistente
en una serie de reacciones químicas desencadenadas cíclicamente que comienzan
mezclando bauxita triturada con soda cáustica liquida y calentada a baja presión obteniendo
así hidróxido de aluminio. Este se separa del residuo insoluble (lodo rojo) por precipitación.
Por calcinación del hidróxido se obtiene la alúmina con apariencia de un polvo blanco como
la sal de cocina.
-
Reducción electrolítica del óxido de aluminio.
En 1886 Charles Martin Hall en los Estados Unidos y Paul L. T. Héroult en Francia
descubrieron por separado y casi simultáneamente que el óxido de aluminio o alúmina (P.F.
2050ºC) se disuelve en criolita (Na3AlF) fundida (a 950ºC) en una mezcla de densidad
inferior a la del aluminio, con lo que éste sedimenta, evitándose su oxidación con el oxígeno
atmosférico, pudiendo ser descompuesta electrolíticamente en una cuba que actúa de
cátodo con electrodos de carbón que actúan de ánodo.
En el cátodo se deposita aluminio líquido, ya que el baño se encuentra a una temperatura
superior a la de su punto de fusión, que cae por gravedad al fondo de la cuba electrolítica de
donde se retira.
De este proceso sale, el aluminio con un 93.3 y 99.8 % de pureza. Para producir una
tonelada de aluminio se requieren de cinco toneladas de bauxita para dos toneladas de
alúmina con un consumo de 13000 Kw/H.
El aluminio obtenido se denomina primario y no es utilizado en esta forma sino aleado con
otros metales que le aumentan sus cualidades y propiedades como resistencia a la
corrosión y características mecánicas y de elasticidad. Las aleaciones del aluminio se
presentan en forma de tochos para extrusión, placas para laminación y lingotes para
fundiciones y son materia prima para las industrias transformadoras.
El consumo energético del proceso es muy grande. Actualmente, el mineral criolita ha sido
reemplazado por una mezcla de fluoruros de sodio, aluminio y calcio. Otro método más
moderno es la electrólisis del AlCl3, sin fundente. El reciclado requiere menos de un 5% del
consumo eléctrico gastado para obtener la misma cantidad de aluminio de la bauxita.
2
5.3.1. Manufacturas del aluminio.
El proceso productivo se inicia con la fundición del aluminio primario (con una riqueza del
99.7%), aleándolo con diferentes elementos como el magnesio, silicio, cobre, manganeso,
entre otros, que le proporcionan diferentes propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de
su uso final.
La planta de fundición provee de materia prima a la planta de extrusión con lingotes, a la planta
de laminación con placas en gran variedad de anchos y longitudes.
Con el fín de asegurar la uniformidad en propiedades y composición de las placas y lingotes,
estos se introducen en hornos de homogeneizado, donde se consigue una composición
homogénea y la liberación de tensiones internas que puedan haberse creado durante el colado
del metal.
5.3.1.1. Extrusión.
El proceso de extrusión consiste en hacer pasar a una gran presión un
lingote cilíndrico precalentado, por el orificio de una matriz que
configura la forma del perfil de aluminio. Este perfil puede ser tubular y
sólido dependiendo de la necesidad.
Una vez esta barra está fría se corta en piezas más pequeñas y cada
una de esta se alarga de las puntas para que queden completamente
rectas.
Por ser un proceso de trabajo en caliente, la mayoría de los perfiles se
deben tratar térmicamente para aumentar su resistencia.
5.3.1.2. Laminación.
El proceso de laminación consiste en hacer
pasar una placa de aluminio a través de dos
rodillos, los cuales ejercen una presión
determinada que aplasta dicha placa hasta
lograr el calibre deseado. De esta manera se
producen láminas lisas y en rollos, discos....
5.3.1.3. Templado.
Las deformaciones a que se someten los productos de aluminio durante su elaboración,
ocasionan que sus propiedades mecánicas varien en relación directa a la magnitud de dichas
deformaciones. Algunas aleaciones de alumino pueden aumentar o disminuir sus propiedades
mecánicas mediante tratamientos térmicos, mientras que otras sólo pueden ablandarse por
este medio; las primeras se denominan aleaciones tratables térmicamente, y las otras,
aleaciones no tratables térmicamente.
El sistema de designación de temples está basado en las secuencias de los tratamientos
básicos utilizados. Posteriormente a la designación de la aleación, separada por un guión entre
las dos aparecen las letras F,T,H y O.
3
F:
de fabricación - Se aplica a productos obtenidos por procesos de deformación en los que no
se tiene especial control de las condiciones térmicas ni de endurecimiento por deformación.
O:
recocido - Se aplica a productos trabajados mecánicamente que han sido recocidos con el
objeto de obtener el estado de más baja resistencia.
H:
endurecimiento por deformación - Se aplica a productos obtenidos por trabajo mecánico
que han sido reconocidos con el objeto de obtener estados intermedios de resistencia.
T:
Previamente tratado térmicamente - Se aplica a productos tratados para obtener temples
estables, con o sin endurecimiento por trabajo mecánico.
5.4 Acabados de superficie y estructuras
Para un mejor acabado, las barras de aluminio siguen un proceso de acabado: anodizado o
lacado.
5.4.1. Anodizado.
El anodizado es un proceso por el que se se transforma la superficie del aluminio en óxido de
aluminio. Este óxido constituye una excelente protección y ofrece una alta resistencia a la
corrosión en cualquier ambiente al que se exponga.
5.4.2. Lacado.
El lacado es el proceso por el cual se añade un revestimiento de color al aluminio. Es preciso
calentar el aluminio a la temperatura justa para conseguir la adherencia del pigmento de color
(que es en polvo).
5.5. Aleaciones
El aluminio es un metal con unas propiedades metálicas muy reducidas, por lo que para su
utilización se alea con otros metáles como el magnesio, silicio, cobre, manganeso, entre otros,
que le proporcionan diferentes propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de su uso final.
Para designar tanto el aluminio como sus diferentes aleaciones se utiliza un sistema numérico
de cuatro dígitos. (norma ANSIH35.1)
Aluminio de 99,00%mínimo de pureza
1xxx
Grupo de aleaciones de aluminio según el elemento de aleación principal
Cobre
2xxx
Manganeso
3xxx
Silicio
4xxx
Magnesio
5xxx
Magnesio y Silicio
6xxx
Zinc
7xxx
Otros elementos
8xxx
Seriales no usados
9xxx
El segundo dígito indica modificaciones de la aleación original o de límites de impurezas. Los
dos últimos dígitos identifican la aleación de aluminio o indican la pureza del aluminio.
4
5.6.Aplicaciones
Uno de los aspectos más importantes del uso del aluminio es su reciclaje total, de esta manera
se disminuye considerablemente los gastos para producir este metal.
-
Por su alta resistencia a la corrosión, las magníficas propiedades estructurales, la
calidad de fabricación y su coste relativamente bajo, en arquitectura e industria. Se
puede utilizar en puertas, ventanas, contraventanas, muros...
El perfil de aluminio con puente térmico está compuesto por dos partes de aluminio
unidas mediante poliamidas tipo PA66, cargadas con un 25% de fibra de vidrio (para dar
rigidez).
La ventaja del perfil de aluminio con puente térmico respecto al normal es el aislamiento
entre la parte interna y la externa del perfil; por lo tanto, asegura el aislamiento mucho mejor
ya sea desde el punto térmico como en el acústico, evitando además problemas de
condensación.
-
Por su proporción resistencia-peso (un volumen de aluminio pesa menos que 1/3 del
mismo volumen de acero. Los únicos metales más ligeros son el litio, el berilio y el
magnesio), se utiliza para construir aviones, bicicletas, automóviles... y otras aplicaciones en
las prima la movilidad y la conservación de energía.
-
Por su elevada conductividad del calor, el aluminio se emplea en
radiadores, utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión
interna.
-
Por su buena relación conductividad eléctrica-peso (si bien es un
63% menos conductor que el cobre, para un mismo volumen, pesa
menos de la mitad). El peso tiene mucha importancia en la transmisión
de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan
conductores de aluminio en tendidos eléctricos.
-
Por su alta resistencia sometido a bajas temperaturas. El papel de aluminio de 0,018 cm
de espesor, actualmente muy utilizado en usos domésticos, protege los alimentos y otros
5
productos perecederos. Unido a su poco peso, facilidad de moldeado y a su compatibilidad
con comidas y bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios flexibles, y
botellas y latas de fácil apertura.
-
Por su resistencia a la corrosión al agua del mar, se utiliza para fabricar cascos de barco y
otros mecanismos acuáticos.
-
Por su elevada reflexión para la luz visible y el calor radiante, el aluminio evaporado al
vacío, forma una capa óxido que no se deteriora como las de plata. Se usan para la
construcción de espejos de telescopios, papeles decorativos, empaquetado, juguetes, etc.
-
La alúmina se usa en la fabricación de vidrios y material refractario y como catalizador.
-
El sulfato se usa en la fabricación de colas, curtientes... en la industria papelera se emplea
para coagular fibras de celulosa y obtener una superficie dura e impermeable.
5.7. Compatibilidad con otros materiales.
5.7.1. Aluminio - otros metales.
-
El acero no protegido se oxida y los arrastres del óxido simplemente manchan el aluminio.
En presencia de un electrolito, tal como el agua de mar o las condensaciones de humedad
en atmósfera industrial se pueden producir ataques locales. Es conveniente evitar el
contacto directo efectuando sobre el acero tratamientos como: el cincado, pintura
pigmentada al cinc, pintura bituminosa; o aislando el aluminio del acero por la interposición
de una banda plástica de neopreno.
-
El contacto del cobre y sus aleaciones (latón, bronce, bronce al aluminio) es peligroso
para el aluminio y deben aislarse convenientemente los dos metales.
-
Aunque el plomo es más electropositivo que el aluminio, existen numerosos ejemplos de
contactos aluminio-plomo que se comportan perfectamente bien. No se aconseja en
particular, la utilización de pinturas al óxido de plomo (minio de plomo).
5.7.2. Aluminio – yeso / cemento.
El polvo de yeso o de cemento en presencia de humedad y las salpicaduras de yeso o de
cemento fresco provocan un ataque superficial al metal, dejando manchas blancas después de
limpiado, incluso sobre aluminio anodizado. Estas manchas no tienen prácticamente influencia
sobre la resistencia misma del producto pero afectan su aspecto superficial. El ataque sobre el
aluminio se detiene cuando el yeso o el cemento han fraguado.
Estos inconvenientes pueden ser fácilmente evitables mediante algunas precauciones de
protección tales como la aplicación de bandas adhesivas, lacas pelables u otras alternativas.
5.7.3. Aluminio – madera.
La mayor parte de las maderas secas no ejercen acción sobre el aluminio. No obstante, ciertas
maderas tales como el roble y el castaño sufren una reacción ácida en presencia de la
humedad. Por lo tanto es conveniente pintar o barnizar estas maderas antes de ponerlas en
contacto con el aluminio.
6
6. COBRE
Ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza
terrestre.
Puede encontrarse en estado puro, pero es más frecuente encontrarlo
agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo,
apareciendo en pequeñas partículas en rocas.
Ya era conocido en épocas prehistóricas, y las primeras herramientas y enseres fabricados
probablemente fueran de cobre. Se han encontrado objetos de este metal en las ruinas de
muchas civilizaciones antiguas, como en Egipto, Asia Menor, China, sureste de Europa, Chipre
(de donde proviene la palabra cobre), Creta y América del Sur.
A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles de
cocina, tinajas y objetos ornamentales. También se emplea el cobre en muchos pigmentos, en
insecticidas o en fungicidas.
6.1. Propiedades.
Símbolo
Número Atómico
Punto de Fusión
Punto de Ebullición
Densidad
Color
Cu
29
1.083 ºC
2.567 ºC
8,90 g/cm3 a 20 ºC
Pardo-rojizo.
-
Es blando, maleable y dúctil, y puede ser estirado en hilos de diámetros muy pequeños
(hasta 0.03 mm).
-
El es el mejor conductor del calor y de la electricidad entre todos los metales de menor
costo, (sólo superado por la plata).
-
Alta resistencia a la corrosión. El aire seco no altera el metal, pero en presencia de la
humedad atmosférica y del CO2 su superficie se oxida lentamente a Cu2O, rojo, lo que evita
la oxidación posterior. En zonas húmedas se forma una capa protectora de color verde de
carbonato básico de cobre (Cu(OH)2CO3) en las ciudades, de sulfato básico de cobre
(CuSO4.Cu(OH)2) en los centros industriales y de cloruro básico (CuCl2.3Cu(OH)2) en las
zonas costeras.
-
El HNO3 caliente o frío, diluído o concentrado, disuelve al metal rápidamente formando
nitrato cúprico y desprendiendo óxido de nitrógeno.
-
Las sustancias que contienen azufre lo corroen.
-
El cobre forma dos series de sales, cúpricas (+2), y cuprosas (+1), pudiendo pasar de unas
a otras por oxidación o reducción. Las sales cúpricas hidratadas son azules o
verdeazuladas; las cuprosas son incoloras.
7
6.2. Minerales.
6.2.1. Cuprita. (Cu+2º).
Derivado del latín "cuprum" cobre. Contiene 88.8% de cobre y generalmente algo de hierro. Se
presenta generalmente en cristales octaédricos, aunque no son raros los cristales cúbicos o
dodecaédricos. En ocasiones en cristales fibrosos de intenso color rojo (Calcotriquita).
También masivo y compacto de grano fino.
Color:
Brillo:
Dureza:
Densidad:
Óptica:
Rojo rubí cuando es pura.
De metálico a adiamantino.
De 3.5 a 4
6 g/cm3
Opaco, de color gris azulado, reflexiones internas rojas.
Yacimientos en España: "La Cruz", de Linares (Jaén), El Pedroso (Sevilla) con malaquita y
cobre nativo, con el cobre gris de Hinojosa del Duque y Santa María de Trasierra (Córdoba),
Ríotinto con malaquita fibrosa.
6.3. Obtención
La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena (son rentables con un
contenido superior al 0,4% de cobre).
-
Los minerales que contienen cobre nativo se trituran, se lavan y se separa el cobre
para fundirlo y prepararlo en barras.
-
Extracción pirometalúrgica.
Si la mena consiste en óxido o carbonato de cobre, se tritura y se trata con ácido
sulfúrico diluido para producir sulfato de cobre disuelto del que se obtiene el metal por
electrólisis o, utilizando chatarra, por desplazamiento con el hierro:
Cu SO4 + Fe = Cu + FeSO4
Los óxidos y los carbonatos también se reducen con carbón cuando los minerales
tienen bastante riqueza en cobre.
Si la mena es rica en sulfuros (contienen entre el 1 y el 12% de cobre) se muele y se
concentran por flotación. Los concentrados se reducen (tostación) en un horno eléctrico
o de reverbero, quedando cobre metálico crudo, llamado blíster, aproximadamente del
98% de pureza.
Posteriormente se realiza el afino electrolítico utilizando las placas de cobre cocido
como ánodo sumergidas en una disolución sulfúrica de sulfato de cobre; como cátodo
se usa cobre puro. El cobre del ánodo pasa a la disolución y en el cátodo se deposita
cobre puro (pureza del 99,99%).
8
-
Extracción hidrometalúrgica.
Consiste en la reducción por H2 del Cu2+ de sus minerales en disolución acuosa. El material
de partida contiene CuO o CuS que se disuelve con ácido sulfúrico y se hace burbujear
hidrógeno en la disolución obtenida.
6.4. Aplicaciones
-
Por su resistencia a la corrosión se usa para construir calderas, alambiques, monedas,
cubiertas...
-
Algunas soluciones de cobre tienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se utiliza
en la fabricación de plásticos.
-
Por su alta conductividad eléctrica se utiliza tanto en cables y líneas de alta tensión
exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria
eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos
electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.
-
El sulfato de cobre (II) es la sal más importante. Utilizado como veneno agrícola (fungicida)
y como algicida en la purificación de aguas. Es producto de partida de numerosos
colorantes.
-
El Cu2O (amarillo a rojo) se emplea como pigmento de pinturas anticorrosión, en
desinsectación, como catalizador y para la obtención de vidrios y esmaltes rojos.
-
El CuO (marrón negruzco a negro) se emplea para obtener vidrios y esmaltes negros,
verdes y azules, como catalizador, en vidrios ópticos y como abono.
El cobre se emplea para producir gran número de aleaciones. Las dos aleaciones más
importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce, una aleación con estaño. A
menudo, tanto el cinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una
diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades.
También se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante
en aleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana o alpaca.
9
6.4.1. Bronce.
Aleación de cobre y estaño. La proporción de cobre en la aleación nunca es inferior al 75 por
ciento. La de estaño no debe de pasar del 10 ó 12 por ciento si se desea evitar un alto
coeficiente de fragilidad.
En general la aleación constituye un material mucho mas duro que sus principales
componentes por separado.
El cobre proporciona al bronce la dureza y resistencia, en tanto el estaño le proporciona
ligereza y trabajabilidad, al fluidificar el cobre y permitirle acceder a los extremos más difíciles
del molde, al tiempo que retarda el enfriamiento de la pieza, evitando agrietamiento o tensiones
excesivas en su superficie. En ocasiones, a esta aleación se le adiciona una pequeña
proporción de plomo, para mejorar su comportamiento frente al agua, al tiempo que se facilita
el trabajo para cincelarlo en frío.
- El bronce estatuario suele contener entre un 80 y un 90 por ciento de cobre, y el utilizado en
monedas y metales se compone generalmente de unas 95 partes de cobre, cuatro de
estaño y una de cinc.
- El bronce que contiene un 5 por ciento de estaño es blanco y puede trabajarse en frío.
- El que contiene un 10 por ciento es muy adecuado para la fabricación de herramientas, (el
antiguo bronce de cañón contenía por lo común un diez u ocho por ciento de estaño).
- El bronce de campana utiliza hasta el 25 por ciento de estaño, con lo que aumentan sus
cualidades tonales si bien es muy quebradizo.
- Cuando la proporción de cinc es del 15 por ciento o más, el bronce se vuelve duro,
convirtiéndose en un material adecuado para la fundición de figuras.
- Los Bronces al Aluminio son aleaciones a base de Cobre con adiciones de Aluminio hasta
14%. Industrialmente, son de importancia porque poseen alta resistencia mecánica y
excepcional resistencia a la corrosión y oxidación a altas temperaturas. Además, retienen
una considerable proporción de su resistencia mecánica a temperaturas moderadamente
elevadas.
El bronce es atacado por la acción combinada de la humedad y la contaminación atmosférica,
que producen fenómenos de ataque electroquímico. Los daños más frecuentes son la
oxidación del cobre, que produce manchas de color rojizo o negro, y la formación de
carbonatos, que crean capas en la superficie de color verde o azulado, tan características en
las figuras o cubiertas de cobre.
Pero el ataque más peligroso para el bronce es la combinación del agua y la sal, por lo que en
ambientes costeros o próximos a terrenos salinos se forman cloruros de cobre, que facilita su
transformación en ácido clorhídrico, tremendamente corrosivo para el bronce. En estos casos,
la solución consiste en un tratamiento a base de pulverizaciones de óxido de plata para evitar
la corrosión, y mantener su durabilidad.
10
6.4.2. Latón.
En tiempos remotos, al intentar los alquimistas crear artificialmente metales preciosos,
obtuvieron un metal amarillo que se supuso era oro. Por casualidad habían fundido juntos
cobre y cinc en las proporciones adecuadas para formar lo que hoy conocemos como latón. El
latón es mas resistente, mas duro y mas barato que el cobre. Posee las propiedades para
moldearse con facilidad y para resistir el desgaste y la corrosión.
Si se funden juntos cobre y cinc en proporciones variables, entre un 55 y un 63 por ciento de
cobre y un 45 y un 37 por ciento de cinc, respectivamente, la aleación que se produce es la que
llamamos latón. Algunas veces se agregan pequeñas cantidades de estaño, hierro o níquel
para producir diferentes clases de latón, que se conocen bajo diversos nombres, tales como
latón comercial, naval, rojo, metal Muntz, etc.
El latón tiene una excelente maquinabilidad y dócil comportamiento en la deformación a
diversas temperaturas. Además de un fácil y uniforme mecanizado y alta ductilidad, en frío y en
caliente, es muy resistente a la corrosión en ambientes agresivos. Es importante también su
resistencia al desgaste.
Estas características se pueden modificar y mejorar ajustando
las proporciones relativas de sus componentes y con
pequeñas adiciones de otros elementos.
Los procesos de fusión, colada y extrusión, bajo estricto
control, producen las distintas calidades, ligadas íntima y
homogéneamente, que demanda cada mercado y aplicación
específica.
De esta forma, se obtienen latones especialmente aptos para
la mecanización con fácil desprendimiento de viruta, otros
idóneos para estampación en caliente o para la deformación
en frío, en mayor o menor grado, etc.
El tipo de aleación debe ser estudiado en cada caso, siendo
los criterios básicos de elección:
11
La maleabilidad del latón depende de su concentración en cinc. No se puede trabajar el latón que
contiene más de 45 % de cinc. Este tipo de latón se llama "latón blanco", y es de poca importancia
industrial. Los latones que contienen menos que 40 % de cinc son maleables y se llaman latón "alpha", y
se utilizan para fabricar tornillos, puntas, cartuchos, pernos, tuercas, etc. El latón "beta" esta compuesto
de 40 hasta 45 % de cinc y su trabajo se hace bajo calor. Esta aleación es suficientemente fuerte para
fabricar canillas, cabezas de extintor, artefactos para ventanas y puertas, etc.
CuZn36Pb3
CuZn38Pb1,5
Piezas mecanizadas en tornos de alta velocidad
que deben sufrir deformaciones en frío. Tuercas, Piezas forjadas o prensadas, piezas de relojería.
tornillos, cojinetes, clavos...
CuZn39Pb3
Todo tipo de piezas mecanizadas. Cerrajería y
decoletaje.
CuZn36Pb1,5
Piezas
que
necesiten
una
importante
deformación en frío. Piñones, ruedas, piezas de
relojería ....
CuZn39Pb2/CuZn40Pb2
Piezas forjadas en caliente y prensadas, que necesiten un alto gradode precisión en el mecanizado
posterior. Valvulería accesorios, decoración, llaves ....
12
7. ESTAÑO
Etimología : del latín stannum
En la antigüedad se confundía con el plomo. Los romanos ya los distinguían
y utilizaban. Al plomo le llamaban plumbum nigrum y al estaño plumbum
candidum.
El estaño ocupa el lugar 49 entre los elementos de la corteza terrestre.
7.1. Propiedades.
Símbolo
Número Atómico
Punto de Fusión
Punto de Ebullición
Densidad
Color
Sn
50
232 ºC
2.260 ºC
7,28 g/cm3 a 20 ºC
Gris.
-
El estaño es muy dúctil y maleable a 100 °C de temperatura.
-
Funde a baja temperatura y tiene gran fluidez cuando se funde. Posee un punto de
ebullición alto.
-
El estaño reacciona tanto con ácidos fuertes como con bases fuertes, pero es
relativamente resistente a soluciones casi neutras.
-
En presencia de aire se forma una fina película invisible de óxido de estaño(IV) [SnO2] que
impide una posterior oxidación. Este hecho se utiliza con frecuencia para recubrir con
estaño superficies de hierro, acero y cobre y evitar la corrosión de las mismas.
-
A temperatura ambiente es estable frente al aire y el agua. Si se calienta fuertemente arde
con llama blanquecina, produciendo SnO2.
7.2. Minerales
7.2.1. Casiterita. (SnO2).
De la palabra griega "kassiteros". Contiene el 78.6% de estaño y el 21.4% de oxígeno, con algo
de hierro, niobio y tántalo sustituyendo al estaño. Infusible e insoluble. Se puede presentar en
forma de cristales de hábito prismático o bipiramidal o en forma masiva o granular, en formas
reniformes o fibroso radiadas. (estaño leñoso).
Color:
Brillo:
Dureza:
Densidad:
Óptica:
De negro a blanco pasando por pardo que es el más corriente.
Adamantino craso, resinoso.
De 6 a 7.
7 g/cm3
Opaco, pule muy mal. Color gris mate, con reflexiones internas pardo amarillentas.
13
7.2.2. Estanita. (Cu2FeSnS4).
El nombre hace alusión al estaño contenido en el mineral. Contiene 29.8% de estaño, 29.6%
de cobre, 27.6% de hierro y el resto de azufre con pequeñas cantidades de zinc. Soluble en
ácido nítrico. Suele presentarse en forma de cristales pseudotetraédricos o
pseudododecaédricos, generalmente estriados. También son comunes formas masivas
granulares.
Color:
Brillo:
Dureza:
Densidad:
Óptica:
Gris a negro de acero, en ocasiones con tonos azulados.
Metálico opaco.
4.
4.4.
Mineral opaco.
7.3. Obtención
Las rocas (principalmente casiterita) se muelen, lavan y mediante flotación se eliminan las
impurezas obteniendo un material rico en SnO2, que se tuesta para oxidar los sulfuros de hierro
y cobre.
Seguidamente se somete a un segundo lavado para eliminar los restos de sulfato de cobre
producidos durante la tostación y se reduce con carbón a 1200ºC en un horno eléctrico o de
reverbero.
(SnO2 + 2C = Sn + 2CO)
El estaño fundido se recoge en la parte inferior y se moldea en bloques conocidos como estaño
en lingotes.
Los lingotes se afinan por electrólisis o refundiéndolos a temperatura moderada para separar el
estaño de las impurezas, que permanecen sin fundir.
Aproximadamente la cuarta parte del estaño consumido procede de la recuperación del que
contienen las latas. Para ello se disuelve con lejías alcalinas en presencia de nitratos para
formar estannato de sodio, del cual se extrae el metal por electrólisis.
Otro método es la electrólisis directa del material de partida (se obtienen entonces la esponja
de estaño).
7.4. Variedades
Existen dos formas alotrópicas del estaño: estaño blanco y estaño gris.
-
Estaño blanco. Metal brillante, maleable, dúctil, muy blando y tiene estructura cristalina
tetragonal: debido a la rotura de estos cristales, se oye el grito del estaño cuando se dobla
una barra del metal.
Es muy delicado que adquiere poros y grietas con facilidad; si se corroe aparecen en su
superficie marcas como de escarcha. A temperaturas inferiores a 13,2 ºC se transforma
lentamente en estaño gris: es la peste del estaño.
14
El paso de estaño blanco a estaño gris que era conocido antiguamente como la "peste o
enfermedad del estaño" ha dado lugar a situaciones curiosas. Se cuenta que en el frío
invierno del año 1851 los tubos de estaño del órgano de una iglesia se desmoronaron y se
convirtieron en polvo. Lo mismo le sucedió en 1868 a un cargamento de estaño que se
encontraba almacenado en la aduana de San Petersburgo.
-
Estaño gris, pulvurento, ligero, con estructura cúbica tipo diamante, con una densidad
relativa de 5,75 y con pocas aplicaciones). Por encima de 13,2 ºC el estaño gris se convierte
en estaño blanco.
El estaño comercial contiene ciertas impurezas aleadas que evitan las transformaciones de una
variedad de estaño en otra.
7.5. Aplicaciones
El estaño es un metal utilizado en múltiples procesos industriales:
-
En forma pura tiene pocas aplicaciones: ánodos, condensadores y tapones.
-
Debido a su estabilidad y su falta de toxicidad se utiliza como recubrimiento de metales,
como capa protectora para recipientes para conservar alimentos y bebidas. Se llama
hojalata a la lámina de acero de bajo carbono (metal base) recubierta en ambas caras por
una capa delgada de estaño mediante un proceso electrolítico. Como el estaño se adhiere
firmemente al metal base, la hojalata puede ser prensada, estampada, troquelada y
doblada hasta darle formas complejas, sin que se desprenda la capa de estaño. Esto
consume aproximadamente el 40% del estaño.
-
Es importante en las aleaciones comunes de bronce (estaño y cobre).
-
En soldaduras (aleaciones 64% estaño, 36% plomo, punto de fusión 181ºC). En
electrónica, el sistema más utilizado para garantizar la circulación de corriente entre los
diferentes componentes de un circuito, es la soldadura con estaño. Se consiguen uniones
muy fiables y definitivas, que permiten además sujetar los componentes en su sitio y
soportan bastante bien los golpes y las vibraciones.
-
La mayor parte del vidrio de ventanas se produce actualmente añadiendo vidrio fundido
sobre estaño fundido en el cual flota, para producir una superficie lisa.
-
Las sales de estaño pulverizadas sobre vidrio se utilizan para producir capas conductoras
que se usan en paneles luminosos y calefacción de cristales de coches.
15
-
Se usa aleado con titanio en la industria aerospacial.
-
Como ingrediente de algunos insecticidas.
-
El sulfuro estaño (IV), conocido también como oro musivo, se usa en forma de polvo para
broncear artículos de madera.
-
El óxido estanoso, SnO es un producto cristalino de color negro-azul, soluble en los ácidos
comunes y en bases fuertes. Se emplea para fabricar sales estanosas en galvanoplastia y
en manufactura de vidrio.
-
El óxido estánico, SnO2, es un polvo blanco, insoluble en ácidos y álcalis. Es un excelente
opacador de brillo y componente de colorantes cerámicos rosas, amarillos y marrones y de
cuerpos refractarios y dieléctricos. Es un importante agente pulidor del mármol y de las
piedras decorativas.
16
8. ZINC
Conocido en aleación con el cobre en la antigua Grecia. Fue ampliamente
descrito en tratados de alquimia, pero su obtención industrial no se inició
en Europa hasta el s. XVIII.
Ocupa el lugar 24 en abundancia entre los elementos de la corteza
terrestre. No existe libre en la naturaleza, sino que se encuentra
combinado como óxido, silicato, carbonato...
8.1. Propiedades.
Símbolo
Número Atómico
Punto de Fusión
Punto de Ebullición
Densidad
Color
Zn
30
419,53 ºC
907 ºC
7,28 g/cm3 a 20 ºC
Blanco azulado.
-
Pierde su brillo original, al formarse una capa superficial e incolora de carbonato y óxido,
cuando está en contacto con el aire. De esta forma queda protegido, ya que se adhiere bien
y tiene el mismo coeficiente de dilatación que el metal. Es estable frente al agua dulce y
salada debido a esta capa.
-
En caliente, el cinc reacciona activamente con el oxígeno y con el agua, en ambos casos
formando el correspondiente óxido (ZnO), y con esta última con desprendimiento de
hidrógeno.
-
Insoluble en agua caliente y fría, y soluble en alcohol, en los ácidos y en los álcalis.
-
Es extremadamente frágil a temperaturas ordinarias, pero se vuelve maleable entre los 120
y los 150 °C, y se lamina fácilmente al pasarlo entre rodillos calientes.
- Es un buen conductor de la electricidad y del calor (27% de las del cobre).
8.2. Minerales.
8.2.1. Flankinita. ((Zn,Mn2+,Fe2+)(Fe3+,Mn3+)2O4).
Debe su nombre a la localidad de Franklin, New Yersey (EEUU) donde fue descubierto.
Contiene aproximadamente 66% de hierro, 17% de zinc y 16% de manganeso. Se presenta en
forma de cristales octaédricos.
Color:
Raya:
Brillo:
Dureza:
Densidad:
Otras:
Negro pardo.
Castaña rojiza.
Metálico.
6.
5.15.
Ligeramente magnética al calentarse con llama reductora.
Yacimientos en España: Barruecopardo y Vitigudino (Salamanca).
17
8.2.2. Esfalerita (Zn,Fe)S).
La palabra deriva del término griego que significa "traidor", el otro término de este mineral
blenda proviene del alemán "blenden" que significa ofuscar pues pese a su parecido con la
galena no daba plomo.
Principal mena del zinc, y una de las principales fuentes de cadmio, indio, galio y
germanio.Contiene el 67% de zinc y el 33% de azufre. El contenido en hierro (por sustitución
del zinc) puede llegar al 36.5%, constituyendo la variedad mineral llamada Marmatita de color
negro. El magnesio y el cadmio confieren coloraciones rojas (Esfalerita Rubí) o amarillenta
(Esfalerita Acaramelada).
Los cristales son generalmente dodecaédricos y cubos, en maclas. También se encuentra en
masas exfoliables de aspecto espático (acaramelado) o granudo.
Color:
Brillo:
Dureza:
Densidad:
Óptica:
Castaño, negro e incluso verde y amarillo.
Resinoso.
3.5 a 4
4 g/cm3
Traslúcido e incluso transparente. Con luz reflejada aparece de color gris y reflexiones
internas amarillas, pardas o rojizas, dependiendo del contenido en hierro.
Los yacimientos más importantes en España son los que se encuentran en Reocín, Cantabria,
donde aparecen esfaleritas ferríferas que contienen además pequeñas proporciones de indio,
germanio y galio.
8.3. Obtención
Trituración.
Los minerales extraidos de la mina son triturados (normalmente hasta alcanzar un tamaño
inferior a 80 mm), y transportados hasta la planta de flotación, donde se vuelve a triturar para
reducirlo al tamaño máximo de 15mm.
18
Flotación.
La galena se introduce en un circuito de celdas de flotación para el
desbaste, lavado y eliminación de impurezas.
El concentrado obtenido pasa a un tanque espesador.
Tostación y depuración de gases.
Los concentrados de sulfuro de zinc se introducen
en hornos para su tostación con aire, formándose
óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido
de azufre gaseoso (SO2), que posteriormente se
transforma en ácido sulfúrico (H2SO4) una vez
enfriado y purificado el gas que sale de los hornos
de tostación.
Lixiviación
El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se disuelven en
ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra
y lixiviación ácida.
-
Lixiviación neutra. Se disuelve la calcine, excepto el óxido de hierro y zinc en ella contenido que se
separa para someterlos a otro proceso. La disolución clarificada se envía a la etapa de purificación.
-
Lixiviación ácida. Los sólidos no disueltos en el proceso anterior se someten a una temperatura
próxima a la de ebullición. De esta forma, se disuelven todos los metales excepto los que forman
compuestos insolubles en medio sulfúrico, como el plomo, calcio y sílice.
Purificación
La disolución de sulfato de
etapa de lixiviación neutra se
metales disueltos, como el
cobalto. Estos metáles
subproductos.
zinc procedente de la
trata para eliminar otros
cobre, el cadmio o el
se recuperan como
Electrólisis
En esta fase del proceso, se produce el paso de una corriente
eléctrica a través de la disolución purificada de sulfato de zinc,
originándose el zinc metálico puro.
Fusión y colada
Las láminas de zinc producidas por
electrólisis (junto con otros metales para
alear), se funden en hornos de
inducción eléctrica para, por colada,
producir
las
diversas
formas
comerciales de lingote que requiere el
mercado.
19
Otro método de obtención del cinc está basado en la tostación de sus minerales. Los óxidos
son reducidos por el carbón en un horno eléctrico y el cinc hierve y destila en la retorta en que
tiene lugar la reducción.
El cinc que contiene cantidades pequeñas de hierro, arsénico, cadmio y plomo, es conocido en
metalurgia como peltre.
El cinc es un metal reciclable, sin que pierda por ello sus propiedades físicas o químicas. El
cinc reciclado alcanza alrededor del 40 % de la producción mundial del dicho metal.
8.4. Aplicaciones
-
Las propiedades mecánicas del Zinc no son lo suficientemente elevadas como para poder
ser utilizado en construcción como elemento resistente.
-
Su resistencia a la corrosión y su bajo punto de fusión lo hacen adecuado como elemento
protector, bien en forma de chapa (tejados, canalones...), bien depositado sobre otro metal.
-
Como componente de distintas aleaciones, especialmente del
latón.
-
También se utiliza en las placas de las pilas (baterías) eléctricas
secas (el ánodo de las pilas alcalinas del tipo MnO2/Zn se fabrica
con polvo de cinc o de sus aleaciones.).
-
El óxido de cinc, conocido como cinc blanco, se usa como pigmento en pintura, relleno de
materiales de caucho, cosméticos, productos farmacéuticos, recubrimiento de suelos,
plásticos, tintas, jabones, baterías, productos textiles, equipos eléctricos...
-
El cloruro de cinc se usa para preservar la madera.
-
El sulfuro de cinc es útil en aplicaciones relacionadas con la electroluminescencia, la
fotoconductividad, la semiconductividad y otros usos electrónicos; se utiliza en los tubos de
las pantallas de televisión y en los recubrimientos fluorescentes.
-
El sulfato de cinc se utiliza como fertilizante y en la industria papelera.
-
El litopón es un pigmento blanco, mezcla de sulfuro de cinc y sulfato de bario, usado en
pintura.
-
El cinc es un nutriente esencial para humanos y animales (animales deficientes en cinc
requieren un 50% más de alimento que el control normal, para ganar el mismo peso).
20
9. PLOMO
Conocido y utilizado en construcción desde la más remota antigüedad. Su nombre
proviene del latín (plumbum).
9.1. Propiedades.
Símbolo
Número Atómico
Punto de Fusión
Punto de Ebullición
Densidad
Color
Pb
82
327,46 ºC
1749 ºC
11,35 g/cm3 a 20 ºC
Gris azulado.
-
Es un metal muy pesado, dúctil, maleable, muy denso y extraordinariamente blando.
-
Puede endurecerse por adición de pequeñas cantidades de antimonio u otros metales.
-
Tiene un bajo punto de fusión.
-
Pobre conductor de la electricidad y el calor.
-
Finamente dividido se inflama espontáneamente al aire.
-
Al aire forma rápidamente una capa protectora de color gris de carbonato básico que
impide la corrosión posterior.
-
El agua ataca al plomo en presencia de oxígeno; sin embargo las aguas duras forman
un recubrimiento de carbonato básico insoluble. El ácido sulfúrico concentrado, nítrico
diluido, clorhídrico, ácidos orgánicos y las bases en caliente atacan el plomo.
9.2. Minerales
9.2.1. Galena. (PbS).
Su nombre deriva del término italiano "galena" aplicable en un principio a todas las menas de
plomo. Contiene el 86.6% de plomo con pequeñas cantidades de cadmio, antimonio, bismuto y
cobre. Puede tener abundante plata (Galena Argentífera), o estaño (Plumboestannina).
La forma más corriente de presentarse es el cubo, el cual aparece con aristas biseladas o
vértices truncados, llegando a la forma octaédrica.
Color:
Brillo:
Dureza:
Densidad:
Gris plomo.
Metálico.
2.5
7.5 g/cm3
Los yacimientos más importantes de España por su producción y calidad, se encuentran en
Linares y La Carolina (Jaén).
21
9.3. Obtención.
La obtención del plomo metálico se realiza en diversas fases.
-
El metal se obtiene a partir de los sulfuros minerales, los cuales se enriquecen
mediante trituración, flotación y desecación.
-
El concentrado se tuesta y sinteriza en un horno para eliminar el azufre siempre
presente, pasando una parte del sulfuro a óxido (2PbS + 3O2 = 2PbO + SO2 ) y otra a
sulfato (PbS + 4SO3 = PbSO4 + 4SO2).
En esta fase del proceso se obtiene PbO y SO2, que se utiliza en la obtención de ácido
sulfúrico.
-
Posteriormente se lleva a cabo una fusión reductora en hornos de cuba donde la
temperatura es más elevada y no hay entrada de aire, por lo que el propio mineral
actúa como reductor del óxido (PbS + 2PbO = 3Pb + SO2) y del sulfato (PbS + PbSO4
= 2Pb + 2SO2) formados anteriormente.
-
El plomo fundido obtenido se calienta al aire para oxidar las impurezas de arsénico ,
cobre y antimonio que forman una escoria que se separa fácilmente.
-
Finalmente se procede al afino para librarlo del resto de impurezas(cobre, estaño y
arsénico, principalmente).
La recuperación de la plata y el oro es tan importante económicamente como la propia
recuperación del plomo y suele realizarse añadiendo una pequeña cantidad de cinc al plomo
fundido que disuelve los metales preciosos. Esta aleación fundida se queda en la superficie del
plomo y se retira con facilidad para separar el cinc por destilación.
La recuperación y reciclaje del plomo, principalmente de las baterías, constituye hoy una
importante fuente de plomo.
Con menas ricas en PbS se sigue un procedimiento distinto: después de la concentración, se
tuesta sólo parcialmente y el PbO se hace reaccionar con PbS en ausencia de aire, lo que
produce plomo bruto.
9.4. Aplicaciones
Venenoso para el hombre (como la mayoría de los metales pesados): la ingestión crónica de
pequeñas cantidades de plomo (en forma de vapor, humo o polvo) provoca saturnismo. Su uso
está muy reducido por su peligrosidad.
-
Anteriormente fue muy utilizado para fabricar tuberías para conducción
de agua, pero, debido en parte a su toxicidad, ha sido sustituido
ventajosamente por el cobre y los materiales plásticos.
-
Es muy efectivo en la absorción de sonido y vibraciones
(insonorización de máquinas) y se emplea como blindaje para la
radiación en reactores nucleares y en equipos de rayos X.
-
Baterías y pilas (se emplea el metal y su óxido).
-
Municiones y pirotecnia (nitrato de plomo).
-
Recubrimiento de cables.
22
-
Sus aleaciones se emplean en soldadura (Pb-Sn), caracteres de imprenta (Pb-Sn-Sb) y
varios metales antifricción.
-
Existen tres óxidos: el monóxido (PbO), denominado litargirio, el dióxido (PbO2) u óxido
pulga, de color pardo, muy oxidante, y el óxido salino (Pb3O4) o minio, de color anaranjado.
Todos ellos tienen aplicaciones diversas: fabricación de pinturas anticorrosivas (minio
mezclado con aceite de linaza), acumuladores, cristales con alto poder de reflexión, tubos
de televisión, el barniz de loza y en blanco de plomo.
-
El cromato de plomo [PbCrO4] (amarillo cromo), se usa como pigmento en pinturas. El
sulfato se usa como diluyente del cromato de plomo y como sustrato en barnices.
-
Los sulfatos básicos de plomo, [como por ejemplo, 3PbO.PbSO4.H2O], son estabilizantes
térmicos de resinas vinílicas.
-
El arseniato de plomo [Pb3(AsO4)2] se ha usado como insecticida.
-
Fabricación de plomo tetraetilo (aditivo antidetonante de la gasolinas con plomo), si bien
tiende a ser sustituido por problemas medioambientales.
23
10. OTROS METALES.
Existen 80 metales, llamandose el resto de los elementos, no metales. Entre los metales se
distinguen varios grupos o familias:
-
metales alcalinos.
metales normales.
metales de transición.
tierras raras (o metales de doble transición).
metales ferroaleables.
metales no ferrosos.
metaes preciosos.
metales nucleares
- El oro.
El oro es un metal de color amarillo cuando se halla en bloque, verdoso por transparencia y
negro o rojo en estado pulverulento.
-
-
Símbolo es Au.
Número atómico 79 y masa atómica 196,97.
Tiene una elevada densidad.
Es un metal blando, el más dúctil y maleable (con él se pueden preparar hojas de
grosor inferior a la milésima de milímetro -panes de oro).
Buen conductor del calor y de la electricidad.
Químicamente muy estable. Unicamente es atacado por el mercurio, con el que forma
amalgama, y por el vapor de un halógeno; el agua regia lo disuelve por el cloro
naciente que desprende.
Existe un solo isótopo estable, de masa 197, y otros 10 isótopos radiactivos.
Actúa con valencia +1 y +3 y forma óxidos, hidróxidos, haluros y cianuros, todos ellos
poco estables.
Por el hecho de encontrarse en estado nativo y presentar una adecuada maleabilidad, el oro
fue uno de los metales más utilizados ya desde la más remota antigüedad. En yacimientos
Neolílicos se han encontrado joyas y figuras de este metal, y ya en el s. II a.C. se utilizaba
como patrón de intercambio, en forma de lingotes y discos sellados.
Diversos factores contribuyeron a convertir el oro, durante siglos, no sólo en la más adecuada
mercancía de intercambio sino incluso en el patrón internacional y en la reserva oficial de
cobertura de la emisión de papel moneda.
En los yacimientos primarios, el oro nativo se encuentra en filones, cristalizado en el sistema
regular, formando octaedros y rombododecaedros, o en forma de granos, acompañado de
cuarzo, pirita o baritina, principalmente. A causa de los fenómenos de meteorización de los
yacimientos primarios, y por transporte y sedimentación posteriores, el oro se encuentra
también en yacimientos secundarios (arenas de los ríos), asociado a otros minerales como el
granate y el corindón, en forma de pepitas.
El proceso consiste en la trituración y molienda de los minerales auríferos y el enriquecimiento
del producto por métodos de flotación. Posteriormente, se provoca una amalgama con
mercurio, de la que se separará el oro por destilación. Los minerales de muy bajo contenido y
los residuos de la amalgamación siguen otro proceso, consistente en tratar con cianuro sódico
la pulpa concentrada del mineral, de modo que se forma aurocianuro de sodio, del cual se
desplaza el metal tratándolo con cinc y eliminando luego las trazas de éste con ácido sulfúrico.
La plata se encuentra casi siempre presente en el oro no purificado, por lo que éste debe
someterse a un proceso electrolítico para alcanzar una mayor pureza. La excesiva blandura del
oro obliga a usarlo en aleación con otros metales, en una proporción que depende de su
finalidad. Así, la aleación de acuñación contiene un 90 % de oro y un 10 % de cobre; en el oro
24
de 18 quilates, éste está presente en una proporción del 75 %, junto con la plata (del 10 al 20
%) y el cobre (del 15 al 5 %). En joyería se utilizan diversas aleaciones, entre ellas el llamado
oro blanco, que contiene un 50 % de oro y un 50 % de plata, platino o níquel.
- La plata.
Conocida desde muy antiguo y utilizada siempre en joyería y como artículo de intercambio o
moneda, la plata es un metal blanco, muy brillante, sonoro, pesado (densidad 10,5), dúctil y
maleable, que se encuentra nativo y combinado en diversos minerales.
-
Símbolo Ag.
Número atómico 47 y masa atómica 107,87.
Es el elemento mejor conductor del calor y de la electricidad.
Se mantiene estable ante el aire puro y el agua, aunque ennegrece por pequeñas
impurezas de sulfuros.
Escasamente oxidable.
Es atacado por el ácido nítrico, el ácido sulfúrico en caliente.
Presenta valencia +1.
Alguno de sus compuestos más usuales son el nitrato de plata (AgNO3), el sulfuro
(Ag2S) y los haluros.
El proceso metalúrgico de obtención es principalmente el de cianuración, y también el antiguo
procedimiento de copelación; el método de amalgamación ha caído en desuso. Se utiliza en
joyería, en contactos eléctricos de aparatos de precisión, en recubrimientos electrolíticos y en
la fabricación de espejos.
- El platino.
El platino, conocido desde antiguo, es el más preciado de los metales usados en joyería. Se
encuentra nativo, en forma de gránulos o escamas, aleado con el iridio, el osmio y el cobre en
depósitos aluviales, y como componente de diversos minerales, por lo general en forma de
arseniuro. Es un metal blanco, brillante, dúctil y maleable, muy pesado (densidad 21,4) y buen
conductor del calor y de la electricidad.
-
Símbolo Pt.
Número atómico 78 y su masa atómica 195,09.
Inatacable por los ácidos.
Reacciona con los halógenos, los sulfuros y los cianuros.
Tiene la propiedad de adsorber los gases y retenerlos, cualidad que se utiliza para
usarlo como catalizador en ciertas reacciones, finamente dividido o en forma de
esponja.
Además de su clásica aplicación en joyería, se emplea en electrotecnia y en la industria
electrónica para fabricar resistencias, contactos eléctricos y termopares.
- El mercurio.
Símbolo Hg.
Su número atómico 80 y su masa atómica 200,59.
Unico elemento, además del bromo, que se mantiene líquido a temperatura ordinaria.
Elevada densidad.
Buena conductividad térmica y eléctrica.
Elevada tensión superficial.
Reacciona con el oxígeno a elevada temperatura y con los halógenos, el azufre y el
fósforo.
Se encuentra ocasionalmente nativo y con mayor frecuencia formando el sulfuro rojo o
cinabrio, del que se extrae por tostación al aire.
-
25
Es un metal muy tóxico, incluso por absorción cutánea o por inhalación de sus vapores.
Con los metales forma las aleaciones denominadas amalgamas, y con los compuestos
carbonados, compuestos organometálicos.
Se utiliza en la fabricación de termómetros y barómetros, en electrotecnia y en la
fabricación de las lámparas de vapor de mercurio.
- El magnesio.
Aislado en 1808 por Davy, el magnesio es un metal blanco argénteo, ligero, maleable.
-
Símbolo Mg.
Número atómico 12 y masa atómica 24,312.
Bajo punto de fusión (650 oC).
Presenta valencia +2
Reductor activo, su comportamiento químico le asemeja al cinc y al cadmio.
Se halla presente en las aguas minerales y sus sales son frecuentes en la naturaleza.
Es, además, imprescindible para la vida animal y vegetal.
Se utiliza en metalurgia, en pirotecnia y en la industria nuclear para la obtención del uranio.
- Manganeso.
El manganeso fue aislado por primera vez por J.G. Gahn, en 1774, por reducción de la
pirolusita (MnO2). Es un metal brillante, de color gris acerado, duro y quebradizo y parecido al
hierro.
-
Símbolo Mn.
Número atómico 25 y su masa atómica 54,938.
Por la acción del calor se combina con casi todos los no metales.
Presenta todas las valencias del 1 al 7.
Se obtiene a partir de sus óxidos y carbonatos y se utiliza principalmente en aleación con el
hierro (aceros al manganeso) y con el cobre (cupromanganesos).
- El titanio.
El titanio fue descubierto en 1791 por W. Gregor. Es un metal de color blanco grisáceo,
brillante, de elevado punto de fusión y muy duro.
-
Símbolo Ti.
Número atómico 22 y masa atómica 47,90.
Oxidable.
Reacciona en caliente con los halógenos y es atacado por el ácido nítrico y el
clorhídrico.
Es muy abundante en la naturaleza, encontrándose principalmente en la ilmenita y el rutilo. Se
utiliza en aleaciones, a las que confiere gran dureza y resistencia, y como elemento estructural
en construcciones aeronáuticas.
26
- El cromo.
El primer mineral de cromo se descubrió en 1765, pero hasta principios del s. XX no se inició
su obtención industrial. El cromo es un metal pesado, muy duro, de brillo metálico y difícilmente
oxidable.
-
Símbolo Cr.
Número atómico 24 y masa atómica 51,99.
Elevado punto de fusión (1.890 o C).
Presenta valencias positivas +2, +3 y +6.
Es atacado por los ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos.
Se obtiene por electrólisis, por reducción de la cromita o por aluminotermia.
Se utiliza para conferir resistencia a otros metales (cromado, cromatación y cromización) y para
conseguir acero inoxidable y aleaciones de gran resistencia (cromoníquel). Las sales,
profusamente coloreadas, se emplean en tintorería y en la fabricación de pigmentos y pinturas.
- El niquel.
Descubierto en 1751, T.O. Bergman obtuvo el níquel en estado puro en 1775.
Es un metal duro, de color blanco metálico, dúctil, maleable, buen conductor del calor y de la
electricidad, y presenta propiedades ferromagnéticas.
Se encuentra en la naturaleza en minerales que contienen también hierro y magnesio, y en
estado libre en algunos meteoritos.
Químicamente tiene valencia +2 y +3, es atacado por los ácidos diluidos y reacciona con
numerosos no metales para formar compuestos binarios, muchos de los cuales tienen color
verde.
El níquel entra en la composición de numerosas aleaciones (alnico, constantán, invar, entre
otras) muy utilizadas en metalurgia y, en particular, en la fabricación de aceros especiales
- Volframio.
El volframio (también llamado wolframio o tungsteno) fue descubierto en 1871. Se encuentra en
la naturaleza combinado en la volframita, la scheelita y, en menor proporción, en otros
minerales. Es un metal duro, pesado y dúctil.
-
Símbolo W.
Número atómico 74 y masa atómica 183,4.
Densidad 19,3.
Elevado punto de fusión (3.370 oC).
Color blanco grisáceo.
Resistente a la acción de los ácidos y muy refractario.
El proceso de obtención pasa sucesivamente por la formación de un volframato metálico
alcalino, ácido volfrámico y trióxido de volframio; sometiendo este último a reducción con
hidrógeno se obtiene un polvo negruzco que, por tratamientos metalúrgicos diversos, permite
conseguir el metal puro.
Se utiliza principalmente en aleaciones con hierro y con acero, a las que confiere gran dureza,
y para la fabricación de hilos de lámparas de incandescencia
27
- El antimonio.
El antimonio abunda en la naturaleza, en forma de trisulfuro (estibina y antimonita), y presenta
tres estados alotrópicos, en los que varía el carácter metálico o no metálico. Reacciona con los
metales más electronegativos, con el oxígeno y con los halógenos.
-
Símbolo Sb.
Número atómico 51 y masa atómica 121,76.
Se obtiene por tostación de la estibina y se utiliza para conseguir aleaciones de gran dureza y
resistencia.
- El molibdeno.
Descubierto en 1778, el molibdeno es un metal de color plomizo, denso, dúctil y de elevado
punto de fusión.
-
Símbolo Mo.
Número atómico 43 y masa atómica 95,94.
Se obtiene de la molibdenita (MoS2). Muy estable a temperatura ambiente, forma numerosos
compuestos a causa de sus diversos grados de oxidación.
Se utiliza principalmente en aleación con aceros y fundiciones, con objeto de mejorar sus
cualidades mecánicas.
- El cobalto.
Las sales de cobalto eran conocidas desde hace milenios por la coloración azul que dan a los
vidrios, pero el elemento no fue identificado como tal hasta el s. XVIII. El cobalto es un metal
dúctil, maleable, denso, duro y ferromagnético.
-
Símbolo Co.
Número atómico 27 y masa atómica 58,93.
A temperatura ambiente no se oxida en contacto con el aire ni es atacado por el agua, pero
reacciona con facilidad con el arsénico, el antimonio y el fósforo.
El cobalto se utiliza principalmente en aleaciones con el acero y el cromo, y sus isótopos
radiactivos tienen numerosas aplicaciones en investigación y en medicina nuclear (el Co-58
como trazador metabólico y el Co-60 en el tratamiento del cáncer), mientras que sus sales se
emplean como pigmentos.
- El calcio.
El calcio es un metal alcalinotérreo, blanco, dúctil, maleable y de bajo punto de fusión.
Elemento muy abundante en la naturaleza, en forma de carbonato, sulfato o fosfato, fue aislado
por Davy en 1808, si bien su producción masiva no tuvo lugar hasta 1902, por electrólisis del
cloruro cálcico con espato flúor (método Rathenau).
-
Símbolo Ca.
Número atómico 20 y masa atómica 40,08.
Comportamiento químico es semejante al de los metales alcalinos.
Reductor.
Presenta valencia +2.
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Reacciona con los halógenos, con el oxígeno (para formar el óxido cálcico o cal viva), con el
azufre y, en caliente, con el nitrógeno; es atacado por los ácidos con desprendimiento de
hidrógeno. El hidróxido cálcico (cal apagada) es un sólido blanco, poco soluble, que con el
agua forma la llamada lechada de cal. El calcio se utiliza para reducir óxidos metálicos y en
aleaciones antifricción. El nitrato y los fosfatos de calcio tienen amplia aplicación en agricultura
como abonos.
- El sodio.
El sodio, descubierto en 1807 por Davy, es un metal alcalino monovalente, muy electropositivo,
de color y brillo argentinos, que se empaña rápidamente en contacto con el aire.
-
Símbolo es Na.
Número atómico 11 y su masa atómica 22,997.
Blando como la cera, puede extenderse en hilos y es muy ligero.
Se oxida rápidamente en contacto con el aire húmedo.
Con el agua reacciona enérgicamente, con desarrollo de calor, dando lugar a hidróxido
de sodio e hidrógeno.
No se halla libre en la naturaleza, pero es muy abundante en forma de combinación. Así, se
encuentra en las aguas marinas en forma de halogenuro, en los yacimientos de sal gema en
forma de cloruro, en algunas rocas en forma de silicato, y entra en la composición de la materia
viviente.
Se utiliza como reductor en algunas industrias metalúrgicas, como refrigerante en los reactores
nucleares, en la fabricación de lámparas de vapor de sodio,etc.
- El potasio.
Obtenido por primera vez por H. Davy en 1807, el potasio se encuentra en la naturaleza en
diversos minerales, como la carnalita, la silvina y la ortosa. Es un metal alcalino muy blando, de
color blanco plateado, muy ligero.
-
Símbolo es K.
Número atómico 19 y masa atómica 39,102.
Funde a menos de 64 oC.
Reacciona violentamente con el agua desprendiendo hidrógeno.
Químicamente muy activo y reductor.
Presenta siempre valencia +1
El método de obtención más utilizado consiste en la electrólisis del hidróxido potásico fundido.
De entre los numerosos compuestos que forma, cabe destacar el hidróxido (KOH) o potasa
cáustica, el cloruro (KCl), el nitrato (KNO3) o salitre y el clorato (KClO3), este último empleado
en la fabricación de pólvoras y explosivos. El cromato (KCrO4), el dicromato (K2Cr2O7) y el
permanganato (KMnO4) se utilizan como reactivos, mientras que el sulfato, los fosfatos y el
nitrato encuentran aplicación como abonos o fertilizantes.
- El uranio.
El uranio es el elemento natural más pesado del sistema periódico. Descubierto su óxido en
1789, el metal no fue aislado hasta 1841.
-
Símbolo U.
Número atómico 92 y masa atómica 238,03.
Metal radiactivo.
Color gris.
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-
-
No se encuentra nunca como metal libre o nativo en la corteza de la Tierra, sino que es
un mineral primario o secundario asociado a menas en rocas ígneas, o en pizarras,
calizas y areniscas.
Elevada actividad química.
Se oxida con facilidad.
Es atacado por los ácidos.
Tiene especial importancia por su radiactividad y su capacidad de fisión. Presenta tres isótopos
naturales: el U-238, que es el más abundante y da lugar, por desintegración radiactiva, a la
familia del radio; el U-235, que es fisionable, y el U-234, que sólo se encuentra en una
proporción del 0,006 %. Existen además diversos isótopos artificiales, de los cuales el más
importantes es el de masa 239.
La desintegración de los isótopos de uranio se utiliza en la datación de las rocas
(geocronología) y en la producción de energía nuclear.
- El berilio.
El berilio es el primer elemento del grupo de los alcalinotérreos. Su óxido fue descubierto por N.
L. Vauquelin en 1797 y se obtuvo en forma metálica en 1828 (F. Wöhler y A. Bussy).
Antiguamente se denominó glucinio debido al sabor dulce de sus compuestos.
-
Símbolo Be.
Número atómico 4 y su masa atómica 9,01.
Color blanquecino grisáceo.
Funde a elevada temperatura (1.277 oC).
Resistente a la oxidación.
Actúa como un reductor enérgico, pero presenta escasa actividad química.
Se encuentra en la naturaleza en forma de silicato (berilo), del cual se obtiene por métodos de
reducción o bien electrolíticos.
Se utiliza en aleaciones, en la industria nuclear como moderador de neutrones y como pieza
cerámica en ciertos reactores.
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