La metalurgia es la técnica de la
obtención y tratamiento de los metales desde
minerales metálicos hasta los no
metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad
de los procesos. La metalúrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la
tecnología y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de
sus menas, de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a
fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la
humanidad.
La metalurgia implica
varios pasos: (1) explotación de las minas, (2) concentración de la mena o su
preparación por algún otro medio para el tratamiento posterior, (3) reducción
del mineral para obtener el metal libre, (4) refinación o purificación del
metal, y (5) mezclado del metal con otros elementos para modificar sus
propiedades. Este último proceso produce una aleación, es decir, un material
metálico compuesto de dos o más elementos.
ACERO
El ACERO, como material indispensable
de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en
proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2%
de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener
también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con
lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.
En las décadas
recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente
aceros cada vez más sofisticados, con propiedades de resistencia a la corrosión, aceros mas soldables y otros requisitos. La investigación llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtención
de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y
existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.
USOS
El mundo moderno está
construido con la fortaleza del acero, cuyas características han permitido
concretar las ideas arquitectónicas y las obras civiles más ambiciosas y
complejos imaginadas por el hombre.
En ese sentido, el acero ofrece varias ventajas sobre otros materiales para la
construcción, en principio por una mayor relación de resistencia y rigidez por
unidad de volumen; además de ser un material homogéneo y que mantiene
uniformidad de las propiedades mecánicas y físicas en el transcurso del tiempo.
Tiene además la ventaja de manejabilidad de los componentes estructurales en
taller y campo, facilidad de transporte, así como ligereza, ductilidad,
resistencia a la fatiga y gran capacidad de absorción de energía.
En el aspecto
económico, por su menor peso, se obtiene un ahorro en la cimentación y por su alta
relación resistencia/peso se usa de manera intensiva en edificios altos y
estructuras de grandes claros.
En términos de
espacio útil, el acero representa una gran eficiencia constructiva al permitir
claros más grandes que con la construcción tradicional de concreto armado. A la
vez, las menores dimensiones de los miembros estructurales de acero respecto a
las secciones de concreto permiten un uso eficiente del espacio.
Esa característica, que da flexibilidad a los proyectos arquitectónicos, es
también uno de los factores por los cuales los arquitectos se deciden por el
uso del acero, que se adapta al trazado de grandes claros, vigas voladas,
paredes oblicuas, aberturas en el piso y otros diseños especiales.
Adicionalmente, la
construcción con acero da la facilidad para hacer modificaciones, pues permite
cambios de diseño para incorporar ascensores, escaleras y otros requerimientos
mecánicos o arquitectónicos, y en obras terminadas las estructuras de acero
pueden reforzarse para soportar cargas adicionales.
COBRE
El cobre es uno de los metales más antiguos y de
mayor uso. De color pardo rojizo, era conocido en épocas prehistóricas y
fue el material con el que el hombre construyó las primeras herramientas.
Es uno de los pocos metales que puede encontrarse en estado puro pero también
combinado con azufre o formando óxidos. Para eliminar las impurezas se realiza
una reducción.
PROPIEDADES Y USOS
Tiene excelentes
propiedades mecánicas y es el segundo mejor conductor después de la plata a la
que aventaja por su bajo precio. Tiene buena resistencia a la corrosión y
extraordinaria ductilidad lo que permite transformarlo en alambres de hasta
0,025 mm.
Se utiliza en cables
y líneas de alta tensión exteriores , en el cableado eléctrico en
interiores, enchufes y maquinaria eléctrica en general, generadores,
motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y
sistemas de comunicaciones
Es también el mejor
conductor del calor lo que explica su uso en situaciones en las que se desee
calentar o enfriar rápidamente como refrigerantes, intercambiadores de calor,
pailas, utensilios de cocina, etc.
No tiene propiedades
magnéticas (amagnético) lo que permite su uso en construcción eléctrica,
electrónica, armamentos, relojería, etc.
Al ser un metal
resistente a las condiciones ambientales se utiliza en techos, grandes
esculturas, cúpulas.
Propiedades químicas: es un metal muy resistente, integra el grupo de los metales
nobles con la plata, el oro y el platino. Resiste la exposición atmosférica, el
agua y algunos ácidos, pero es atacado por ácidos oxidantes (nítrico) y el
amoníaco. No se corroe en situaciones normales.
En la mayoría de sus
compuestos, el cobre presenta estado de oxidación + 2 y en menor medida, + 1.
Expuesto al aire, se forma primero Cu2O y después óxido cúprico (CuO).
Los halógenos atacan
con facilidad al cobre, especialmente en presencia de humedad. El ácido
sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro También pueden formarse
sulfatos de cobre con colores de verde a azul verdoso, estas sales se aparecen
habitualmente en los acumuladores de los autos.
El ácido cítrico
disuelve el óxido de cobre, por lo que se aplica para limpiar superficies de
cobre.
Importancia biológica: el cobre ayuda a la formación de la hemoglobina por lo que debe
ser ingerido diariamente en muy pequeñas cantidades.
Sus compuestos tienen
efecto bactericida y evitan la proliferación de algas, es por eso que se
agregan a las piscinas y estanques (sulfato de cobre) y se utilizan en
agricultura.
Tiene la ventaja de poder ser re utilizado indefinidamente porque
no pierde sus propiedades físicas o químicas en el reciclaje.
Las aleaciones más
conocidas son el bronce (cobre – estaño) y el
latón (cobre – cinc). También se usa en aleaciones con el oro, la plata
o el níquel.
ALUMINIO
Es un metal blando en
estado puro, de color grisáceo y de baja densidad. El aluminio es dúctil y
maleable pero a temperatura cercana a su punto de fusión se vuelve quebradizo.
Es un buen conductor
del calor y la electricidad (de aquí su uso para cables de conducciones
eléctricas de alta tensión).
El aluminio es un
metal fuertemente electropositivo y sumamente reactivo. El aire húmedo lo
empaña ligeramente pues se recubre de una fina y compacta capa de óxido que le
aisla e impide que siga reaccionando. Por eso, los materiales hechos de
aluminio no se oxidan.
El aluminio desplaza
el hidrógeno de los ácidos y de las bases concentradas, formando por la
acción de estas últimas los aluminatos.
El metal reduce a
muchos otros compuestos metálicos a sus metales libres. Por ejemplo, cuando una
mezcla de polvos de aluminio y óxido de hierro se calienta, el aluminio
rápidamente quita el oxígeno al óxido de hierro; el calor de la reacción es suficiente
para fundir el hierro. Este fenómeno se usa en procesos para soldar hierro.
El óxido de aluminio
es anfótero (se comporta como ácido y como base ).
Los compuestos más
importantes son el óxido, el hidróxido y el sulfato.
El cloruro de
aluminio anhidro es importante en las industrias químicas y del petróleo.
Muchas gemas como el rubí y el zafiro consisten principalmente en óxido de
aluminio cristalino.
USOS
Por su elevada conductividad calorífica, se usa en utensilios de
cocina y en los pistones de motores de combustión interna.
Su alta resistencia en relación a su peso y su resistencia a la
corrosión lo hace útil en la construcción de aeronaves, embarcaciones, en
perfiles y otros elementos de construcción, vagones de ferrocarril y chasis de
coches y motocicletas y en general para todos aquellos usos en los que se
necesiten metales resistentes y ligeros.
El peso del cable es muy importante en la transmisión de energía
eléctrica de alto voltaje a largas distancias y por ello se usan los
conductores de aluminio (en lugar de los de cobre) para tendidos eléctricos en líneas que soportan 700.000 V o más.
El papel de aluminio de 0,018 cm de grosor, es de uso doméstico
común, ya que protege los alimentos y otros productos perecederos de la
descomposición. A causa de su ligereza, facilidad de manejo y compatibilidad
con alimentos y bebidas, el aluminio se usa ampliamente como envase en la
industria alimentaria. La recuperación y reciclaje de estos recipientes es una
medida de conservación de la energía cada vez más importante.
Los compuestos de aluminio se usan como los catalizadores (Friedel
Craft AlCl3 ),
purificación del agua (sulfato de aluminio) y en cerámicas (óxido de aluminio).
HIERRO
El hierro era
conocido y utilizado para los propósitos ornamentales y para armas en edades prehistóricas, el espécimen más temprano todavía
existente es un grupo de cuentas férricas oxidadas encontradas en Egipto, en el año 4000 A.C. El termino arqueológico, edad férrica, solo
aplicaba propiamente al periodo cuando se uso el hierro extensivamente para los
propósitos utilitarios, como para herramientas, así como para la ornamentación.
Es un metal blando,
dúctil y maleable cuyo peso específico es de 7.86 y su punto de fusión es de
1500 °C, antes de fundirse se reblandece y se puede trabajar. Todos los productos obtenidos con el hierro y sus aleaciones se denominan productos siderúrgicos. Para la obtención del
hierro son necesarios minerales ferrosos y otras materias como fundentes y
carbón. Los minerales de hierro más importantes son: magnetita, oligisto,
limonita y siderita.
Como ya se he venido
diciendo, el hierro es el elemento esencial para la producción del acero, el
cual está compuesto en un 78% como mínimo de Fe, el hierro posee una gran
cantidad de propiedades favorables para la construcción, y por ello después
del concreto, es llamado como el esqueleto de las estructuras.
PROPIEDADES
El hierro puro tiene
una dureza que va de 4 a 5 en la escala mohs, es suave maleable y dúctil. Este es magnetizado
fácilmente a temperaturas ordinarias, es difícil magnetizar a altas
temperaturas (790°C), sometido a estas este pierde su propiedad magnética.
El metal existe en
tres formas diferentes:
Ordinaria o
Alfha-hierro
Gama-hierro
Delta-hierro
Las propiedades
físicas diferentes de todas las formas alotrópicas y la diferencia en la
cantidad de carbono subida por cada una de las formas tocan en una parte
importante en la formación, endurecido, y templado de acero.
Químicamente, el
hierro es un metal activo. Combina los halógenos (fluor, cloro, bromo...ect),
azufre, fósforo, carbono, y sicona. Este reacciona con algunos ácidos perdiendo sus características, o en algunos casos llega a la
corrección masiva. Generalmente al estar en presencia de aire húmedo, se corroe, formando una capa de oxido rojiza-castaño
(oxido férrico escamoso), la cual disminuye su resistencia y además
estéticamente es desagradable.
USOS
El hierro comercial
invariablemente contiene cantidades pequeñas de carbono y otras impurezas que
alteran sus propiedades físicas, que son mejoradas considerablemente por la
suma extensa de carbono y otros elementos. La gran mayoría del hierro se
utiliza en formas procesadas, como hierro forjado, hierro del lanzamiento y
acero. El hierro puro comercialmente se usa para la producción de metal en
plancha, galvanizado y de electroimanes, Principalmente se usa en la
fabricación del acero.
PLOMO
El plomo, Pb, número
atómico 82, peso atómico 207,21 está en el grupo cuatro de la tabla periódica y el subgrupo que contiene el
germanio y estaño. Su número usual de valencia es 2, pero también muestra la valencia 4, sobre todo en compuestos orgánicos, que
suelen ser bastante estables. Los cuatro isótopos naturales son, por orden
decreciente de abundancia, 208, 206, 207 y 204. Cristaliza en el sistema cúbico en forma de cara centrada. Está presente en la
corteza terrestre.
Es un metal gris
azulado, blando y pesado, se corta fácilmente con un cuchillo. Se lamina y
estira por extrusión, pero pequeñas cantidades de arsénico, antimonio, cobre y metales alcalino térreos aumentan su dureza. Su resistencia a la corrosión atmosférica, y al ataque de los ácidos hace que sea muy útil.
Uno de los usos
importantes es para revestimientos, serpentines, válvulas, etc. También se utiliza para transportar y almacenar soluciones
de alumbre. El plomo tiene una resistencia excelente a las soluciones de sales
comunes, al aire de las costas marinas, por eso se emplea para tuberías
de transporte de agua de mar en barcos y para grandes acuarios.
Se usa en la
fabricación de sulfúrico, por su resistencia a la corrosión que tiene al formar
una película dura e impermeable de sulfato de plomo en la superficie.
Es resistente
al gas sulfuroso húmedo y también se aplica en ánodos recubiertos
de plomo y en revestimientos y precipitadores electrostáticos usados para
separar la niebla del ácido sulfúrico del gas sulfuroso.
También se usa en
contacto con hidróxido de sodio en un 90 % de pureza a 90ºC. Se usa en la
refinación de petróleo, en el cuál el tratamiento con sulfúrico es seguido de un lavado
de sosa cáustica.
En la fabricación de
rayón y nitroglicerina.
El plomo se usa en
los siguientes compuestos químicos:
1) Disolventes:
los alcoholes, éteres, la cetona y el tricloroetileno no producen efectos sobre
el plomo.
2) Ácidos: el ácido
acético, fórmico y tartárico atacan moderadamente. El ataque se acelera en
presencia de oxígeno. Sin embargo puede usarse con anhídrido acético y el ácido
acético glacial, también puede usarse con el ácido crómico, el ácido
fluorhídrico si es diluido, el ácido nítrico, aunque no se recomienda puede
usarse a temperaturas normales si la concentración no es mayor del 80 %.
3) Álcalis: con el
hidróxido de amonio es satisfactorio en todas las concentraciones y
temperaturas. El hidróxido de calcio ataca el plomo en presencia de humedad y
el oxígeno, pero si se añade agua dulce disminuye la corrosión. En hidróxido de
sodio puede usarse el plomo en un 95 % de pureza y 80ºC.
4) Sales y otros
compuesto químicos: puede usarse el plomo en contacto con sulfato de aluminio, cloruro de amonio, sulfato de amonio, sulfato de cobre, sulfato
de hierro, peróxido de hidrógeno, fenol piridina, sulfito de sodio,
bisulfito de sodio, carbonato de sodio, cloruro de sodio, hidrosulfito de
sodio, hiposulfito de sodio, sulfato de sodio, cloruro de zinc y sulfuro de
sodio.
5) Agua: destilada el
plomo disuelve lentamente en proporción a la cantidad de oxígeno disuelto. El
tratamiento de agua con cal o silicato de sodio evita la corrosión. El agua común no puede producir corrosión por la capa que forman las
sales disueltas.
El plomo por su densidad elevada es muy buen protector de los rayos X. Se usa para revestir las habitaciones donde hay aparatos de
rayos X y para proteger el personal que trabaja fuera. El plomo se usa no sólo para proteger los
equipos.
ZINC
Los metales de
transición, también llamados elementos de transición es el grupo al que
pertenece el zinc. En este grupo de elementos químicos al que pertenece el
zinc, se encuentran aquellos situados en la parte central de la tabla
periódica, concretamente en el bloque d. Entre las características que tiene el
zinc, así como las del resto de metales de tansición se encuentra la de incluir
en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones.
Propiedades de este tipo de metales, entre los que se encuentra el zinc son su
elevada dureza, el tener puntos de ebullición y fusión elevados y ser buenos
conductores de la electricidad y el calor.
El estado del zinc en
su forma natural es sólido (diamagnético). El zinc es un elmento químico de
aspecto azul pálido grisáceo y pertenece al grupo de los metales de transición.
El número atómico del zinc es 30. El símbolo químico del zinc es Zn. El punto
de fusión del zinc es de 692,68 grados Kelvin o de 419,53 grados celsius o grados
centígrados. El punto de ebullición del zinc es de 11,0 grados Kelvin o de
906,85 grados celsius o grados centígrados.
El zinc es un mineral
que nuestro organismo necesita para su correcto funcionamiento y se puede
encontrar en los alimentos. A través del siguiente enlace, podrás encontrar una
lista dealimentos con zinc.
El zinc es un metal
de color entre blanco azulado y gris plateado. Es duro y frágil a la mayoría de
temperaturas, pero se puede hacer maleable por calentamiento a entre 100 y 150
grados Celsius. Se encuentra normalmente con otros metales comunes, tales como
el cobre y el plomo. Los mayores yacimientos de zinc se encuentran en Australia, Asia
y los Estados Unidos. El zinc es un mineral esencial y es importante para
muchos aspectos de la salud humana. Si alguna vez te has preguntado para qué sirve el zinc, a continuación tienes una
lista de sus posibles usos:
El zinc se utiliza
principalmente como un agente anti-corrosiva en productos de metal. Se utiliza
en el proceso de galvanización. La galvanización es el recubrimiento de otros
metales con hierro o acero. Aproximadamente la mitad del zinc que se usa en el
mundo es para galvanización. La galvanización se utiliza para fabricar tela
metálica, barandillas, puentes colgantes, postes de luz, techos de metal,
intercambiadores de calor y carrocerías de coches.
El zinc se usa como
un ánodo en otros metales, en particular los metales que se utilizan en
trabajos eléctricos o que entran en contacto con agua de mar.
También se utiliza
para el ánodo en las baterías. En pilas de zinc y carbono se utiliza una
lámina de este metal.
El zinc es aleado con
cobre para crear latón. El latón se utiliza una amplia variedad de productos
tales como tuberías, instrumentos, equipos de comunicaciones, herramientas y
válvulas de agua.
También se utiliza en
aleaciones con elementos como el niquel, el aluminio (para soldar) y
el bronce.
En algunos países,
tales como los Estados Unidos, el zinc se utiliza para fabricar monedas.
El zinc se utiliza
con el cobre, el magnesio y el aluminio en las industrias del automóvil, eléctrica y
para hacer herramientas.
El óxido de zinc se
utiliza como un pigmento blanco en pinturas y tintas de fotocopiadoras.
El óxido de zinc se
utiliza también en el caucho para protegerlo de la radiación UV.
El cloruro de zinc se
utiliza en la madera como retardante del fuego y para conservarla.
El sulfuro de zinc se
utiliza como pintura luminiscente de las superficies de los relojes, rayos X,
pantallas de televisión y pinturas que brillan en la oscuridad.
También se utiliza en
fungicidas agrícolas.
NÍQUEL
Es un elemento blanco
plateado y brillante, bastante duro, dúctil y maleable. Es magnético hasta los
345ºC, temperatura a la que pierde esta propiedad.
Se presenta en cinco
formas isotópicas estables.
El níquel metálico no
es muy activo químicamente. No se oxida en frío ni se ataca por el agua, es
soluble en ácido nítrico diluido y en la mayor parte de los ácidos, pero no se
altera en el ácido nítrico concentrado ni reacciona con las bases.
Reacciona con los
halógenos en caliente y, en presencia de humedad, también en frío.
El níquel forma
principalmente compuestos divalentes (niquelosos), aunque se conocen ejemplos
de compuestos en los que presenta estados de oxidación desde - 1 hasta +4. La
mayoría de las sales de níquel como cloruro de níquel (NiCl2), sulfato de
níquel (NiSO4)
y nitrato de níquel (Ni (NO3)2),
son de color verde o azul y suelen estar hidratadas.
El sulfato de níquel
y amonio (NiSO4 ·
(NH4)2SO4 · 6H2O) se usa en
soluciones para el electroniquelado.
USOS
El níquel se usa como un revestimiento decorativo y protector para
metales, particularmente hierro, aluminio y acero, que son susceptibles a la corrosión. La lámina de
níquel es depositada por electrólisis en una solución de níquel.
Se usa en la fabricación de pilas de Ni-Cd y en multitud de componentes electrónicos.
El níquel se usa principalmente en forma de aleaciones que tienen
infinidad de aplicaciones cuando interesa controlar la dilatación, conferir
propiedades mecánicas especiales, aumentar la resistencia a la corrosión,
disponer de cualidades magnéticas específicas o disminuir la conductividad
eléctrica.
Estas aleaciones se emplean para la fabricación de partes del
automóvil como ejes, frenos, engranajes, válvulas y rodamientos, resistencias
eléctricas, transformadores, telas metálicas, chasis de instrumentos de
precisión, aparatos para criogenia, etc.
Las aleaciones de cuproníquel usadas para las monedas tienen un de
25% de níquel y un 75% de cobre.
El níquel finamente dividido absorbe 17 veces su volumen de hidrógeno y se usa como catalizador en muchos procesos, incluyendo los
de hidrogenación de petróleos.
