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• Jose Luis Marquez Lopez

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METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS Los metales y aleaciones no ferrosas tienen aplicaciones importantes debido a propiedades como la resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica y eléctrica, baja densidad y facilidad de fabricación. Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles. Clasificación Se pueden clasificar en tres grupos a. Metales no ferrosos pesados: Son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto. b. Metales no ferrosos ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio. c. Metales no ferrosos ultraligeros: Su densidad es menor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación. Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros. COBRE Los minerales de cobre más utilizados en la actualidad se encuentran en forma de: Cobre nativo Sulfuros: Calcopirita S2CuFe Calcosina Scu2 Óxidos: Cuprita Cu2O Malaquita CO3Cu-Cu(OH)2 Propiedades: Densidad: 8,90 kg/dm3. -Punto de fusión: 1083 °C. -Resistividad: 0,017 W·mm2/m. -Resistencia a la tracción 18 kg/mm2. -Alargamiento: 20%. Características: -Es muy dúctil (se obtienen hilos muy finos) y maleables (pueden formarse láminas hasta de 0,02 mm de espesor). -Posee una alta conductividad eléctrica y térmica. -Oxidación superficial (verde) Producción del cobre Los minerales más utilizados para obtener cobre son sulfuros de cobre, especialmente la calcopirita. También existen minerales de óxido de cobre, destacando la malaquita y la cuprita. Los minerales de cobre suelen ir acompañados también de hierro. Existen dos métodos de obtención del cobre

- La vía húmeda - La vía seca a). Vía húmeda: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre en el mineral es muy reducido (menos de un 10%). Consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico y aplicar a la mezcla el proceso de electrólisis (es decir, aplicar una corriente continua introduciendo dos electrodos en la mezcla). b). Vía seca: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre supera el 10%. Consta de las siguientes fases 1. Se tritura el mineral, se criba y se muele hasta reducirlo a polvo. 2. Se introduce en un recipiente con agua abundante, donde se agita para eliminar la ganga que flota. 3. La mena que quede se lleva a un horno de pisos donde se oxida para eliminar el hierro presente. De este modo se separa el cobre del hierro. 4. A continuación se introduce el mineral de cobre en un horno donde se funde. Luego se añade sílice y cal que reaccionan con el azufre y restos de hierro, formando la escoria que flota y se elimina. El cobre líquido que se encuentra debajo se denomina cobre bruto, cuya pureza es del 40%. 5. Por último, para obtener un cobre de alta pureza se somete el líquido a un proceso electrolítico. El cobre tendrá una pureza del 99,9%. Aplicaciones del cobre. Su principal aplicación es como conductor eléctrico. Pues su ductilidad le permite transformarlo en cables de cualquier diámetro. Por su alta resistencia a la oxidación se emplea en instalaciones de fontanería, tuberías y calderas.

Aleaciones del cobre.

ALUMINIO Las propiedades de este metal son: - Es un metal muy ligero (2,7 5 gr/cm3) y muy resistente a la oxidación. - Es un buen conductor eléctrico y del calor. - Es muy dúctil y maleable. Producción del aluminio. El mineral del que se extrae el aluminio es la bauxita. El método de extracción tiene dos fases: Se emplea un método llamada Bayer y después se combina con la electrólisis: 1. Se tritura y muele el mineral hasta reducirlo a polvo 2. Se mezcla el polvo con sosa caústica, cal y agua caliente. 3. La sosa disuelve la bauxita, separándose los residuos en el decantador. 4. El material útil se llama alúmina, al cual debe eliminarse todo el agua que posea y refrigerarse. Hasta aquí el método Bayer. 5. Para obtener el aluminio, se disuelve la alúmina en una sustancia llamada criolita a una temperatura de 1000 ºC y se somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio.

Aleaciones del aluminio El aluminio suele alearse con otros metales para mejorar sus propiedades mecánicas. . Aplicaciones - Por ser ligero se emplea en la industria aeronáutica, automovilística, ... - Por ser buen conductor eléctrico, se utiliza en conducciones aéreas de alta tensión. - Por su resistencia a la corrosión: se emplea para fabricar depósitos para bebidas, baterías de cocina, envolver alimentos. TITANIO Propiedades: Densidad: 4,45 kg/dm3 Punto de fusión: 1800 °C. Resistividad: 0,8 W·mm2/m. Resistencia a la tracción: 100Kg/mm2 Alargamiento: 5% Se encuentra abundantemente en la naturaleza, ya que es uno de los componentes de casi todas las rocas de origen volcánico que contienen hierro. En la actualidad, los minerales de los que se obtiene el titanio son el rutilo y la ilmenita. Características: -Es un metal blanco plateado que resiste mejor la oxidación y la corrosión que el acero inoxidable. -Las propiedades mecánicas son análogas, e incluso superiores, a las del ace-

ro, pero tiene la ventaja de que las conserva hasta los 400 °C. Producción del Titanio. Es un proceso complejo que encarece extraordinariamente el producto final. Se emplea casi exclusivamente el método Kroll, que consta de tres fases:

Aplicaciones del titanio. Dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas, se emplea en: -Estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, transbordadores espaciales, satélites de comunicaciones, etc.). -Herramientas de corte (nitrato de titanio) -Aletas para turbinas (carburo de titanio) -Pinturas antioxidantes (en forma de óxido y pulverizado). Para mejorar las propiedades físicas, se le suele alear con aluminio (8 %), con cromo, vanadio o molibdeno. Se está utilizando en odontología como base de piezas dentales y en la unión de huesos, así como en articulaciones porque la incrustación de titanio en el hueso del cuerpo humano no provoca rechazo alguno y, pasado algún tiempo, se produce una soldadura de manera natural. También se emplea para recubrimiento de edificios, como es el caso del museo Guggenheim de Bilbao.

NÍQUEL Propiedades Densidad: 8,85 kg/dm3. Punto de fusión: 1450°C. Resistividad: 0,11 W·mm2/m. Características: Tiene un color plateado brillante y se puede pulir muy fácilmente. Es magnético (lo atrae un imán como si fuese un producto ferroso). Es muy resistente a la oxidación y a la corrosión. Se emplea: -Para fabricar aceros inoxidables (aleado con el acero y el cromo). -En aparatos de la industria química. -En recubrimientos de metales (por electrólisis). Proceso de obtención: Para obtener níquel metálico se sigue un proceso similar al del cobre: primero se tritura y muele el mineral y se separan los sulfuros por flotación; después, se tuesta la mezcla asta obtener la mata de óxido de níquel; posteriormente, se reduce éste con carbono y, finalmente, se afina el metal por métodos electrolíticos, utilizando ánodos de níquel impuro y cátodos formados por láminas de níquel puro.(La ventaja de extraer o refinar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza). Aplicaciones: Debido a su gran resistencia a la corrosión, se emplea en la industria alimentaria y en la química para el revestimiento electrolítico de chapas de acero dulce. Este método se denomina niquelado. Rara vez se utiliza en estado puro. Es más frecuente encontrarlo formando aleaciones con el cobre, el hierro, el cromo, el volframio y el manganeso, a las que confiere un carácter inoxidable. Aleaciones: Entre las de alto porcentaje en níquel, en las que este llega a alcanzar hasta el 80 %, destacan la aleación con hierro, al que confiere gran resistencia a la corrosión y mejora sus propiedades magnéticas; el nicrom, utilizado para fabricar resistencias eléctricas por su resistividad; el invar., empleado en relojería por su coeficiente de dilatación prácticamente nulo. En las de bajo contenido en níquel, su porcentaje de presencia no supera el 15%. Suele alearse con hierro y acero para mejorar para mejorar las características mecánicas de éstos y facilitar los tratamientos de templado. Los materiales que se obtienen resultan muy resistentes a la acción de los agentes atmosféricos por lo que suelen emplearse para fabricar utensilios de cocina, material quirúrgico y de laboratorio, y acumuladores de energía eléctrica.

Las monedas de níquel en uso son una aleación de 25% de níquel y 75% de cobre. El níquel es también un componente clave de las baterías de níquel−cadmio. PLOMO Se empieza a utilizar, aproximadamente, en el año 5000 a. C., adquiriendo gran importancia durante el periodo romano y a partir del siglo XIX. Contienen plomo los minerales: -Galena SPb (el más empleado) -Cerusita CO3Pb -Anglesita SO4Pb Propiedades: Densidad: 11,34 kg/dm3. Punto de fusión: 327 °C. Resistividad; 0,22 W·mm2/m. Resistencia a la tracción: 2 kg/mm2. Alargamiento: 50 %. Características: -De color grisáceo-blanco muy brillante cuando está recién cortado. -Muy blando y maleable -Buen conductor térmico y eléctrico -Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato básico que lo autoprotege. -Reacciona con los ácidos lentamente o formando capas protectoras (oxidación superficial) -Resiste bien a los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre. -Forma compuestos solubles venenosos Pb(OH)2 Aplicaciones: El plomo se emplea en grandes cantidades en la fabricación de baterías y en el revestimiento de cables eléctricos. También se utiliza industrialmente en las redes de tuberías, tanques y aparatos de rayos X. Debido a su elevada densidad y propiedades nucleares, se usa como blindaje protector de materiales radiactivos. Entre las numerosas aleaciones de plomo se encuentran las soldaduras, el metal tipográfico y diversos cojinetes metálicos. Una gran parte del plomo se emplea en forma de compuestos, sobre todo en pinturas y pigmentos. Se usa como aditivo en la industria del vidrio, al que confiere mayor peso y dureza. Esta característica le hace especialmente útil en la industria de producción de lentes. En estado puro: Óxido de plomo. Usado para fabricar minio antioxidantes).

(pigmento de

pinturas

Barreras ante radiaciones nucleares (rayos X) Cristalería Tubo de cañerías (prácticamente en desuso). Revestimiento de cables Baterías y acumuladores Producción del Plomo: La principal mena del plomo es la galena., compuesta básicamente por sulfuro de plomo, al que acompañan otros metales, como el cobre, la plata o el oro. La obtención industrial del plomo consiste básicamente en reducir la galena y separar el plomo de los metales que lo acompañan. El proceso consta de tres partes: tostación, fusión y afino. En la fase de tostación, la galena se mezcla con sílice, caliza y material fundente, y se calienta en presencia de aire hasta que el sulfuro de plomo se convierte en óxido. En la fase de fusión, se utiliza un horno alto, similar a los utilizados en siderurgia. El óxido de plomo se mezcla con coque, caliza y fundente, y se insufla una corriente de aire. El carbón reduce el óxido de plomo y forma plomo metálico impurificado con otros metales. Los demás componentes funden con la caliza y forman la escoria. En la fase de afino, se procede a la separación de los metales que acompañan al plomo. Mediante diferentes tratamientos, se eliminan sucesivamente el cobre, el arsénico, el antimonio, el estaño, la plata, el cinc. Algunos de ellos pueden ser recuperados por tratamientos posteriores. Mediante este procedimiento se obtiene plomo bruto, todavía parcialmente impurificado. Si se desea obtener plomo electrolítico, hay que someterlo a un proceso similar al del cobre.

ZINC Propiedades Densidad: 7,14 kg/dm3 Punto de fusión: 419°C Resistividad: 0,057 W·mm2/m Resistencia a la tracción: Piezas moldeadas: 3 kg/mm2. Piezas forjadas: 20 kg/mm2. Alargamiento: 20%. Características -Color blanco azulado -Es muy resistente a la oxidación y corrosión en el aire y en el agua, pero poco resistente al ataque de ácidos y sales. -Tiene el mayor coeficiente de dilatación térmica de todos los metales.

-A temperatura ambiente es quebradizo, pero entre 100 y 150 °C es muy maleable. Producción: La metalurgia del cinc está frecuentemente asociada a la del plomo en la denominada vía seca. En este proceso se somete el mineral a una fase de tostación para obtener óxido de cinc y, después se reduce el óxido en un horno de retorta con ayuda de carbón. El metal obtenido puede afinarse posteriormente por procedimientos electrolíticos. La vía húmeda, más reciente, consiste en tratar el mineral triturado con una disolución de ácido sulfúrico. El cinc se disuelve en forma de sulfato de cinc y las impurezas precipitan. La disolución se trata más tarde por métodos electrolíticos para recuperar el cinc. Aplicaciones: Debido a su resistencia se ha utilizado tradicionalmente en forma de planchas para cubiertas, cañerías y canalones. Las formas comerciales del cinc sin alear son chapas, tubos y alambres. Forma parte de algunas aleaciones importantes, como latones, los bronces y la alpaca (aleaciones de cobre, níquel, cinc, y estaño). Su principal aplicación es el recubrimiento de piezas de hierro y acero mediante los procesos de galvanizado; Mediante el galvanizado electrolítico se con sigue recubrir las piezas con una delgada capa de cinc que las protege de la corrosión. Resulta costoso por su gran consumo energético. El galvanizado en caliente consiste en sumergir las piezas que se desea recubrir en un baño de cinc fundido durante un corto periodo de tiempo. Con ello se consigue una capa de recubrimiento con un coste energético unitario mucho menor. Este procedimiento se emplea actualmente para proteger las estructuras que han de quedar a la intemperie, como farolas, semáforos, torres de alta tensión. Aleaciones de Zinc

PLATA Propiedades Densidad: 10490 kg/m3 La plata es un metal muy dúctil y maleable, algo más duro que el oro, y presenta un brillo blanco metálico susceptible al pulimento. Se mantiene en agua y aire, si bien su superficie se empaña en presencia de ozono, sulfuro de hidrógeno o aire con azufre. Posee la más alta conductividad eléctrica y conductividad térmica de todos los metales, pero su mayor precio ha impedido que se utilice de forma masiva en aplicaciones eléctricas. La plata pura también presenta el color más blanco y el mayor índice de reflexión. Producción Ocupa el 66º lugar entre los elementos por su abundancia en la corteza terrestre. Es muy escasa en la naturaleza, de la que representa una parte en 10 millones de corteza terrestre. La mayor parte de su producción se obtiene como subproducto del tratamiento de las minas de cobre, zinc, plomo y oro. Se encuentra en estado nativo, mezclada en cantidades variables con oro y con cobre en Perú y Noruega, donde las minas se trabajan desde hace siglos. Más abundantemente se encuentra combinada formando parte de minerales como silvanita y argentita. La plata también se encuentra en los minerales de plomo, cobre y cinc de manera que la mitad de la producción mundial de plata se obtiene como subproducto en el procesamiento de tales minerales. Se encuentra en la naturaleza formando parte de distintos minerales (generalmente en forma de sulfuro) o como plata libre. Prácticamente toda la plata producida en Europa se obtiene de la galena, mineral de sulfuro de plomo. En México, Perú, Canadá, Francia, Estados Unidos y Australia se encuentran los yacimientos más importantes de sus minerales. Aplicaciones 

Todos conocemos el uso de la plata en joyería, en la decoración y como moneda. Su resistencia a los agentes corrosivos la hace idónea para el recubrimiento de otros metales.

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La plata se usa también para fabricar componentes electrónicos y eléctricos y para cable de semiconductores de alta velocidad por su buena conductividad.

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Armas blancas o cuerpo a cuerpo, tales como espadas, lanzas , puñales o puntas de flecha

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Catalizador En reacciones de oxidación. Ejemplo: Producción de formaldehído a partir de metanol y aire.

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En algunos usos tradicionales como incrustaciones decorativas o recubrimiento del vidrio para la fabricación de espejos ha sido sustituida por el aluminio

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Fotografía. Por su sensibilidad a la luz (especialmente el bromuro y el yoduro, así como el fosfato). El yoduro de plata se ha utilizado también para producir lluvia artificial.

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Medicina. Por su elevado índice de toxicidad, sólo es aplicable en uso externo.

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Electricidad. Los contactos de generadores eléctricos de locomotoras de ferrocarril Diésel eléctricas llevan contactos (de aprox. 1 pulgada de espesor) de plata pura; y esas máquinas tienen un motor eléctrico en cada rueda o eje. El motor Diésel mueve el generador de electricidad, y se deben también agregar los contactos de las llaves o pulsadores domiciliarios de mejor calidad que no usan sólo cobre (más económico).

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En Electrónica, por su elevada conductividad es empleada cada vez más, por ejemplo, en los contactos de circuitos integrados y teclados de ordenador.

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Fabricación de espejos de gran reflectividad de la luz visible (los comunes se fabrican con aluminio).

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La plata se ha empleado para fabricar monedas desde 700 a. C., inicialmente con electrum, aleación natural de oro y plata, y más tarde de plata pura.

Aleaciones La plata se alea fácilmente con casi todos los metales, aunque con el níquel lo hace con dificultad. Con el hierro y el cobalto no puede alearse. Incluso a temperatura ordinaria, la plata forma amalgamas con mercurio. El metal de aleación por excelencia es el cobre, que endurece la plata si se añade a ésta hasta contenidos del 5% (lo que se conoce como plata de ley), aunque se han utilizado platas con contenidos mayores de cobre. Las adiciones de cobre no alteran el color de la plata incluso aunque se llegue hasta contenidos del 50%, aunque en este caso el color se conserva en una capa superficial que al desgastarse mostrará una aleación de color rojizo, tanto más acusado cuanta mayor sea la cantidad de cobre.

También se han usado aleaciones con cadmio en joyería, ya que este elemento le confiere a la aleación una ductilidad y maleabilidad adecuadas para el trabajo del metal. Entre los compuestos de plata de importancia industrial destacan: 1. El fulminato, que es un potente explosivo. 2. El nitrato y los haluros (bromuro, cloruro y yoduro) reaccionan a la luz y se usan en emulsiones fotográficas. 3. El yoduro se ha utilizado en pruebas realizadas con el propósito de provocar lluvia artificialmente. 4. El óxido se utiliza como electrodo positivo (ánodo) en pilas botón.