5. ALEACIONES NO FÉRREAS

DEFINICIÓN:

En metalurgia, un metal no ferroso es un metal (incluyendo aleaciones) que no contiene hierro en cantidades apreciables.

Importantes metales no ferrosos son por ejemplo aluminio, cobre, plomo, níquel, estaño, titanio y zinc y aleaciones como el latón o el bronce.

Los metales preciosos tales como oro, plata y platino y metales exóticos como cobalto, mercurio, tungsteno, berilio o bismuto también son metales no férreos.

Desde el punto de vista industrial son los más importantes, pues presentan excelentes propiedades mecánicas, tienen capacidad para modificar sus propiedades por medio de tratamientos mecánicos y térmicos, bajo precio debido a su abundancia y fácil obtención.

CARACTERÍSTICAS:

Por lo general menor resistencia a la tensión y a la dureza que los metales ferrosos. Son más blandos que los ferrosos. A su favor  tienen resistencia superior a la corrosión que los metales ferrosos. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales.

CLASIFICACIÓN:

Pesados: densidad mayor de 5 kilogramos/dm³.

Ligeros: densidad comprendida entre 2 y 5 kilogramos/dm³.

Ultraligeros: densidad menor de 2 kilogramos/dm³.

1. METALES NO FERROSOS PESADOS:

1.1. EL ESTAÑO Y SUS ALEACIONES:

OBTENCIÓN DEL ESTAÑO:

El estaño se obtiene del mineral casiterita en donde se presenta como óxido. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL ESTAÑO:

• Dos variedades alotrópicas, una de color blanco y otra plateada
• Color brillante
• Densidad: 7365 kg/m³
• Punto de fusión: 505,08 K (232 °C)
• Es blando: maleable y dúctil
• No se oxida fácilmente, a temperatura ambiente

APLICACIONES DEL ESTAÑO:

Se usa como protector de la corrosión del oro, del acero y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva. (Hojalata)

También se usa para disminuir la fragilidad del vidrio.

Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos y pigmentos.

El estaño también se utiliza en la industria de la cerámica para la fabricación de los esmaltes cerámicos.

Es usado también en el sobretaponado de botellas de vino, en forma de cápsula. Su uso se extendió tras la prohibición del uso del plomo en la industria alimentaria.

ALEACIONES DEL ESTAÑO:

Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión.

1.2. EL COBRE Y SUS ALEACIONES:

Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. Es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el aluminio y se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad. Es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

OBTENCIÓN DEL COBRE:

La mayor parte del cobre se extrae de minerales que contienen sulfuros de cobre y hierro.

El cobre se extrae de los minerales:

-  Sulfuros: Pirita, calcopirita y calcosina

- Óxidos: Cuprita

- Carbonatos: Malaquita y azurita

Existen dos métodos de obtención del cobre:

1. Vía seca: Se utiliza cuando el contenido de cobre supera el 10%. 

Tras una trituración y molienda se elimina el hierro del mineral por tostación incompleta, luego se oxida la mata en convertidores para eliminar el hierro que resta. Por último se reduce el cobre en hornos y  finalmente se purifica por electrólisis.

2. Vía húmeda (lixiviación): Cuando el contenido en cobre del minerales inferior al 10%.

El procedimiento consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico hasta obtener sulfato de cobre. Luego, mediante un proceso de electrólisis, se obtiene el cobre.

El cobre bruto así obtenido es muy impuro; el cobre puro se obtiene del bruto mediante el refino o también por vía electrolítica utilizando como ánodo plomo o grafito.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS  DEL COBRE:

• Color rojizo con tonalidades brillantes
• Densidad: 8,90 kg/dm³
• Punto de fusión: 1083 °C
• Resistividad: 0,017 W·mm²/m
• Resistencia a la tracción 18 kg/mm²
• Es muy dúctil
• Maleable
• Posee una alta conductividad eléctrica y térmica
• Oxidación superficial (verde)
• Buena resistencia a la corrosión
• Resistencia mecánica cuando está aleado
• El cobre puede ser considerado como metal noble, después del platino, el oro y la plata. 
• No resiste a los ácidos oxidantes y al amoníaco

APLICACIONES DEL COBRE:

Conductores eléctricos y piezas eléctricas principalmente. Además se usa en componentes de coches y camiones (radiadores, frenos y cojinetes). En aeroturbinas, pomos de puertas, material sanitario, monedas…

 ALEACIONES DEL COBRE:
El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque suelen tener una conductividad eléctrica menor.

1.3. EL ZINC Y SUS ALEACIONES:

OBTENCIÓN DEL ZINC:

El zinc es un elemento natural que se extrae del mineral de blenda o la calamina.

Existen dos métodos de obtención del zinc:

1. Vía seca: Se utiliza cuando el contenido de zinc supera el 10%. 

Tras una trituración y calcinación del mineral se genera el óxido de zinc y se reduce en hornos. La pureza obtenida es del 98%

2. Vía húmeda (lixiviación): Se tritura la blenda y se ataca el polvo del mineral con ácido sulfúrico para generar sulfato de zinc que posteriormente se reducirá por electrolisis. La pureza en este caso es del 99.9%.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL ZINC:

• Densidad: 7,14 g/mL
• Metal de color gris
• Punto de ebullición: 906ºC
• Punto de fusión:  419,5ºC
• Alta resistencia a la corrosión
• A temperatura ambiente es quebradizo
• Es un metal maleable, dúctil
• El zinc es buen conductor del calor y la electricidad

APLICACIONES DEL ZINC:

La principal aplicación del zinc —cerca del 50% del consumo anual— es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio.

También se usa en estado puro para chapas, recubrimiento de tejados, canalones y cornisas.

ALEACIONES DEL ZINC:

1.4. EL PLOMO Y SUS ALEACIONES:

OBTENCIÓN DEL PLOMO:

La extracción del plomo del mineral la galena  (sulfuro de plomo)  se lleva a cabo por calcinación de la mena, convirtiéndola en óxido y reduciendo el óxido con coque en altos hornos.

Otro método consiste en calcinar la mena en un horno de reverbero hasta que parte del sulfuro de plomo se transforma en óxido de plomo y sulfato de plomo. Se elimina el aporte de aire al horno y se eleva la temperatura, reaccionando el sulfuro de plomo original con el sulfato y el óxido de plomo, para formar plomo metálico y dióxido de azufre.

Debido a que la galena contiene normalmente otros metales, el plomo en bruto obtenido por procesos de fundición suele tener impurezas de metales como cobre, cinc, plata y oro.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL PLOMO:

• El plomo es un metal pesado
• Densidad 11340 kg/m3
• De color azuloso, que se empaña para adquirir un color gris mate
• Es flexible, inelástico
• Punto de fusión: 327.4ºC
• Punto de ebullición: 1725ºC
• Es relativamente resistente al ataque de los ácidos sulfúrico y clorhídrico
• Es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico
• Forma muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos

APLICACIONES DEL PLOMO:

El uso más amplio del plomo, como tal, se encuentra en la fabricación de acumuladores. Otras aplicaciones importantes son la fabricación de forros para cables, elementos de construcción, pigmentos, soldadura suave y municiones.

Se están desarrollando compuestos organoplúmbicos para aplicaciones como son la de catalizadores en la fabricación de espuma de poliuretano, agentes biocidas contra las bacterias grampositivas, protección de la madera contra el ataque de los barrenillos y hongos marinos, preservadores para el algodón contra la descomposición y el moho, agentes molusquicidas, agentes antihelmínticos, agentes reductores del desgaste en los lubricantes e inhibidores de la corrosión para el acero.

Merced a su excelente resistencia a la corrosión, el plomo encuentra un amplio uso en la construcción, en particular en la industria química.

También, es importante como protección contra los rayos x y, en la industria nuclear, los rayos gamma.

ALEACIONES DEL PLOMO:

Dado que el plomo es blando y dúctil, normalmente se lo utiliza comercialmente en forma de aleación de plomo

1.5. EL NÍQUEL Y SUS ALEACIONES:

OBTENCIÓN DEL NÍQUEL:

Minerales de los que se obtiene: garnierita, millerita, pentlandita y pirrotina.

Se puede obtener por diferentes métodos:

1. Concentración de minerales triturados. Separar sulfuros por flotación.

2. Obtención óxido de níquel por tostación y flotación.

3. Obtención de níquel por reducción.

4. Polvo de níquel puro por afinado electrolítico.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL NÍQUEL:

• Densidad: 8,908 g/cm 3 
• Punto de fusión: 1453 °C
• Resistividad: 0.078 Ωmm 2 /m
• Dureza (escala de Mohs): 4,0
• Resistencia a la tracción: 49 Kg/mm 2
• Tiene unas grandes propiedades mecánicas
• Es un material dúctil, por lo que tiene una prolongada zona plástica
• Tiene buenas propiedades de tenacidad
• Es un material conductor, del calor y de la electricidad
• Tiene capacidad para crear campos magnéticos
• Tiene resistencia a la oxidación y a la corrosión

  

APLICACIONES DEL NÍQUEL:

Aproximadamente el 65% del níquel se emplea en la fabricación de acero inoxidable austenítico y otro 12% en superaleaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras aleaciones (cupro-niquel), baterías recargables, catálisis, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos y fundición. Alnico, aleación para imanes.

Por su resistencia a la corrosión se emplea para el revestimiento electrolítico de chapas de acero dulce (niquelado). Es usado para fabricar resistencias eléctricas por su resistencia y también en relojería. Utensilios de cocina, material quirúrgico y de laboratorio y acumuladores de energía. Se usa en la industria textil, papelera… En bombillas de inducción en circuitos de comunicación eléctrica. En instrumentos de precisión, termostatos…  En instrumentos mixtos de metal y vidrio, tubos electrónicos…

ALEACIONES DEL NÍQUEL:

Sus buenas propiedades mecánicas, buena capacidad de deformación en frío, gran tenacidad, alta resistencia al calor, resistencia a la oxidación a altas temperaturas, así como una buena resistencia a la corrosión por muchos agentes químicos, han hecho que el níquel y sus aleaciones encuentren aplicación creciente en todas las ramas de la industria

1.6. EL CROMO Y SUS ALEACIONES:

OBTENCIÓN DEL CROMO:

Se obtiene cromo a partir de la cromita (FeCr2O4). Se obtiene comercialmente calentando la cromita en presencia de aluminio o silicio (mediante un proceso de reducción).

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL CROMO:

• Densidad: 7140 kg/m3
• Punto de fusión : 1857 °C
• Es un metal de transición duro, frágil
• Es muy resistente frente a la corrosión
• De color gris acerado y brillante

APLICACIONES DEL CROMO:

El cromo se utiliza principalmente en metalurgia para aportar resistencia a la corrosión y un acabado brillante.

En procesos de cromado. (Depositar una capa protectora mediante electrodeposición).

En pinturas cromadas como tratamiento antioxidante. Sus cromatos y óxidos se emplean en colorantes y pinturas.

En el curtido del cuero es frecuente emplear el denominado "curtido al cromo" en el que se emplea hidroxisulfato de cromo (III) (Cr(OH)(SO4)).

Para preservar la madera se suelen utilizar sustancias químicas que se fijan a la madera protegiéndola. Entre estas sustancias se emplea óxido de cromo (VI) (CrO3).

ALEACIONES DEL CROMO:

2. METALES NO FERROSOS LIGEROS:

2.1. EL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES:

Es el elemento metálico más abundante y siempre se presenta combinado con otros elementos como hierro, oxígeno y silicio.

OBTENCIÓN DEL ALUMINIO:

Necesita dos pasos.

1. Proceso Bayer: Separación de la alúmina (Al₂O₃) del mineral bauxita.

El mineral se muele y se trata con cal. Por precipitación, se separa el material más grueso. Se enfría la mezcla y precipita un sólido. Este se lava con agua. Luego se calcina y se obtiene finalmente la alúmina (Al₂O₃).

2. El proceso Hall-Héroult: Reducción de la alúmina.

En este proceso la alúmina (Al₂O₃) es disuelta dentro de una cuba electrolítica revestida interiormente de carbón en un baño electrolítico con criolita (Na₃AlF₆) fundida. La reacción química total es la siguiente: 2Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL ALUMINIO:

• Metal ligero
• Densidad de 2,70 g/cm³
• Punto de fusión 660 ºC
• Buena maleabilidad y ductilidad
• Alta resistencia a la corrosión
• Gran conductividad eléctrica y térmica

APLICACIONES DEL ALUMINIO:

Industria aeronáutica y automotriz como metal en estado elemental ya que casi siempre se usa en forma de aleación.

Una película de óxido de aluminio lo protege de la corrosión en muchos ambientes. Esta película es bastante estable en soluciones neutras y muchas soluciones ácidas, pero es atacada por los álcalis.

ALEACIONES DEL ALUMINIO:

2.2. EL TITANIO Y SUS ALEACIONES:

OBTENCIÓN DEL TITANIO:

No se encuentra libre en la naturaleza, los minerales que muestran una mayor concentración de este metal son el rutilo (TiO2) y la ilmenita (FeO·TiO2), además de la anatasa y la brookita (ambas son también TiO2).

Para obtener titanio puro, a partir de los minerales que lo contienen se utiliza mayoritariamente el llamado Método de Kroll, que consiste en la reducción de tetracloruro de titanio con magnesio, en una atmósfera de argón que impide su oxidación.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL TITANIO:

• Densidad: 4507 kg/m3
• Punto de fusión:1668 °C
• Es maleable y dúctil
• Gran tenacidad y muy resistente
• Material soldable
• Puede mantener una alta memoria de su forma
• Resistente a la corrosión a todos los ambientes naturales (aguas, suelo y atmósfera), debido a la formación de una película de TiO2, resistente hasta 537ºC
• Afinidad con los gases hidrógeno, nitrógeno y oxígeno que fragilizan al titanio
• Fusión y soldeo en atmósferas inertes.

 APLICACIONES DEL TITANIO:

El titanio puro se utiliza cuando se requiere alta ductilidad para la fabricación pero poca resistencia, como tuberías para procesos químicos, válvulas y tanques, paredes cortafuegos para aviones y tubos de escape.

ALEACIONES DEL TITANIO:

3. METALES NO FERROSOS ULTRALIGEROS:

3.1. EL MAGNESIO Y SUS ALEACIONES:

El magnesio ocupa el quinto lugar en abundancia. Los principales minerales de magnesio son la dolomita (CO3Mg. CO3Ca) y la magnesita (CO3Mg). Ambos minerales se emplean calcinados como material refractario, por su elevado punto de fusión. Además, el magnesio se encuentra en el agua de mar (11%), de donde se extraen industrialmente.

OBTENCIÓN DEL MAGNESIO:

El magnesio se obtiene por métodos diferentes.

1. Reducción del material: Consiste en reducir el mineral en hornos eléctricos con carburo de calcio u otros reductores.

2. Por pasos: Cloración del mineral (magnesia, dolomía o giobertita) y electrólisis a 700°C del cloruro fundido.

3. procedimiento Dow: Es el método más económico y más importante para producir magnesio, el cual utiliza agua de mar como la materia prima.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL MAGNESIO:

• Metal ligero
• Densidad de 1,74 g/cm³
• Punto de fusión 650 ºC
• No muy buena resistencia a la corrosión

APLICACIONES DEL MAGNESIO:

Se utiliza como elemento de aleaciones de Al, Zn, Pb y otras aleaciones no ferrosas.  Entre sus múltiples aplicaciones está su uso como desoxidante para el cobre, el latón y aleaciones de níquel.

Es la base de aleaciones duras y ligeras utilizadas en la industria automóvil y aeronáutica (motores).

En torno al 90 % del magnesio se emplea en forma no metálica, para la obtención de productos químicos y refractarios. Del resto, la mayoría se usa como elemento de aleación (con Al, principalmente) o como agente inoculante para la formación de fundiciones esferoidales de Fe.

ALEACIONES DEL MAGNESIO:

3.2. EL BERILIO Y SUS ALEACIONES:

OBTENCIÓN DEL BERILIO:

El berilio se encuentra en 30 minerales diferentes. Entre los más importantes, están el berilo y la bertrandita, principales fuentes del berilio comercial, o el crisoberilo y la fenaquita. Actualmente, la mayoría del metal se obtiene mediante reducción de fluoruro de berilio con magnesio.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL BERILIO:

• Densidad: 1848 kg/m3
• Punto de fusión: 1287 °C
• Punto de ebullición: 2469 °C
• De color gris
• Elevada dureza
• Ligero, rígido y quebradizo
• Elevada conductividad térmica
• Elevadas propiedades mecánicas
• Aislamiento eléctrico
• Sus formas preciosas son: aguamarina y esmeralda

APLICACIONES DEL BERILIO:

Se emplea en el diagnóstico con rayos X se usan delgadas láminas de berilio para filtrar la radiación visible, así como en la litografía de rayos X para la reproducción de circuitos integrados.

El berilio tiene muchos usos en la energía nuclear porque es uno de los materiales más eficientes para disminuir la velocidad de los neutrones, así como para reflejarlos. En consecuencia, se utiliza en la construcción de reactores nucleares como moderador y soporte, o en aleaciones con elementos combustibles.

Se emplea en la construcción de diversos dispositivos como giroscopios, equipo informático, muelles de relojería e instrumental diverso.

ALEACIONES DEL BERILIO:

4. OTROS METALES NO FERROSOS:

4.1. LOS METALES REFRACTARIOS:

Son aquellos que tienen un alto punto de fusión mayor que el hierro y el acero:

Niobio (2468 ºC), Molibdeno (2610 ºC), Talio (2996ºC), Wolframio (3410 ºC) y Zirconio (1852 ºC).

OBTENCIÓN:

Se producen por el método de metalurgia de polvos o de fundición por arco eléctrico y bombardeo electrónico en vacío.

CARACTERÍSTICAS:

• Alto punto de fusión
• Baja resistencia a la oxidación a altas temperaturas

APLICACIONES:

Piezas y partes que trabajan a temperaturas de 1500 a 2500oC, con recubrimientos protectores resistentes a estas condiciones. Se emplean en la construcción de cohetes, naves espaciales y reactores atómicos

4.2. LOS METALES NOBLES:

En este grupo se incluyen: la plata, el oro y los seis metales de la familia del platino: Paladio, Iridio, Rutenio, Rodio y Osmio.

Son un grupo de metales caracterizados por ser muy inertes químicamente.

CARACTERÍSTICAS:

• Buena conductividad eléctrica
• Alta temperatura de fusión (a excepción del Au y Ag)
• Alta resistencia a la corrosión y a la oxidación (a excepción del Ru y Os)
• Dureza no muy elevada (el Au, Ag, Pt y Pd)
• Alta plasticidad
• Frágiles (el Rh e Ir)
• No son susceptibles a deformación (el Ru y Os)
• Elevada propiedad de reflexión (la Ag)

APLICACIONES:

Recubrimientos electrolíticos, contactos eléctricos, termopares, crisoles, resistores, odontología, vajillas, joyería y adornos.