Aleaciones
La aleación es una sustancia compuesta por dos o
más metales. Las
aleaciones al
igual que los metales puros poseen brillo metálico y
conducen bien el calor y
electricidad,
aunque por lo general no tan bien como los metales por los
metales que estan formados.
La mayoría de las aleaciones se preparaban de las
aleaciones mezclando los materiales
fundidos, con frecuencia las propiedades de las aleaciones son
muy distintas de las de sus elementos constituyentes, como la
fuerza y la
resistencia a la
corrosión, pueden ser considerablemente
mayores en la aleación que en los metales
separados.
El aluminio es el
tercer elemento más común encontrado en la corteza
terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza
de la tierra y se
encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la
vegetación y de los animales.
El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso
ligero. Al ser mezclado con otros materiales como:
silicón, cromo, tungsteno, manganeso, níquel, zinc,
cobre,
magnesio, titanio, circonio, hierro, litio,
estaño y boro, se producen una serie de aleaciones con
propiedades específicas que se pueden aplicar para
propósitos diferentes.
El aluminio puede ser fuerte, ligero, dúctil y
maleable. Es un excelente conductor del calor y de la
electricidad; el valor de su
densidad es de
2.7 y las temperaturas de fusión y
ebullición son de 660º C y 2.467º C,
respectivamente. No se altera en contacto con el aire ni se
descompone en presencia de agua, debido a
que su superficie queda recubierta por una fina capa de
óxido que lo protege del medio. Sin embargo, su
reactividad con otros elementos es elevada: al entrar en contacto
con oxígeno
produce una reacción de combustión que origina una gran cantidad de
calor, y al combinarse con halógenos y azufre da lugar a
la formación de haluros y sulfuros.
Constantes Físicas y Químicas del
Aluminio:
» Peso atómico | 26.9 |
» Punto de fusión | 660ºC |
» Punto de ebullición | 2.467ºC |
» Gravedad específica | 2.7 g/ml |
» Estructura cristalina | red cúbica centrada en las |
» Radio | 1.43 Å |
» Valencia | 3 |
»Configuración electrónica | 1s²2s² 2p^63s²3p^1 |
Pero una de las mayores ventajas del
aluminio es que puede ser reciclado una y otra vez sin perder su
calidad ni sus
propiedades.
El aluminio se emplea como elemento de
aleación en los aceros de nitruración, que suelen
contener 1% aproximadamente de aluminio. También se usa en
algunos aceros resistentes al calor. El aluminio es un elemento
desoxidante muy enérgico y es frecuente añadir
300gr por tonelada de acero para
desoxidarlo y afinar el grano.
En general los acero aleados de calidad contienen
aluminio en porcentajes pequeñísimos de 0,001 a
0,008% de Al.
Obtención del
aluminio
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El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial
se llama BAUXITA, la cual regularmente puede ser encontrada en
minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el
material se tritura y con agua a presión se
lava para eliminar otros materiales y sustancias
orgánicas. Posteriormente el material se refina para
obtener a la alúmina, lo que ya es un material comercial
de aluminio con el que se pueden obtener lingotes por medio del
proceso de
fundición.
Bauxita. Existen numeroso depósitos de bauxita
principalmente en la zona tropical y subtropical del mundo y
también en Europa. Forman
estratos o bolsas que se encuentran generalmente a 12 metros o
más abajo del suelo o de una
cubierta de vegetación. La clase de bauxita comercial debe
de contener al menos 40% de óxido de aluminio. La bauxita
es generalmente extraída por una mina de tiro abierto. La
cubierta se quita, se remueve la bauxita y se transporta a la
refinería. Una vez que la extracción haya sido
terminada, la capa del suelo y la vegetación se
reemplazan. En Brasil y
Australia, por ejemplo, hay programas de
plantación y conservación que ayudan a la
vegetación a regenerarse por sí misma.
Dos de tres toneladas de bauxita son requeridas para
producir una tonelada de alúmina dependiendo de la clase
de bauxita.
Alúmina. La bauxita es refinada en alúmina
usando el proceso Bayer.
La bauxita se lava y se disuelve en sosa cáustica
(hidróxido de sodio) a una presión y temperatura
alta. El resultado es un licor que contiene una solución
de aluminato de sodio y residuos de bauxita sin disolver que
contienen hierro, silicio y titanio. Estos residuos se hunden
gradualmente hasta el fondo del tanque y son removidos. Son
comúnmente conocidos como "barro rojo".
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La solución clara de aluminato de sodio es
bombeada a un tanque muy grande llamado precipitador. Las
partículas finas de alúmina son agregadas para
despepitar la precipitación de partículas de
alúmina puras mientras que el licor se enfría. Las
partículas se hunden hasta el fondo del tanque y son
removidas y luego se pasan a un calcinador rotador o fluidizador
a 1100°C para apartar el agua que
está combinada. El resultado es un polvo blanco,
alúmina pura. La sosa cáustica se regresa el
principio del proceso y se vuelve a utilizar.
Dos toneladas de alúmina se requieren para
producir una tonelada de aluminio.
Aluminio.
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La base de todas las plantas
fundidoras de aluminio primario es el proceso
Hall-Héroult, inventado en 1886. La alúmina se
disuelve mediante un baño electrolítico de criolita
fundida (fluoruro alumínico sódico) en un
recipiente de hierro revestido de carbón o grafito
conocido como "crisol". Una corriente
eléctrica se pasa por el electrolito a un bajo voltaje
pero con una corriente muy alta generalmente 150,000 amps. La
corriente eléctrica fluye entre el ánodo (positivo)
de carbono hecho
del coque de petróleo y
brea, y un cátodo (negativo) formado por un recubrimiento
de carbón grueso o grafito del crisol.
El aluminio fundido es depositado en el fondo del crisol
y se revuelve periódicamente, se lleva a un horno, de vez
en cuando se mezcla a una aleación especificada, se limpia
y generalmente se funde.
El aluminio se forma a cerca de 900°C pero una vez
que se ha formado tiene un punto de fusión de solo
660°C. En algunas fundidoras este ahorro de
calor es utilizado para fundir metal reciclado que luego es
mezclado con el metal nuevo.
El metal reciclado requiere solo 5% de la energía
necesaria para producir el metal nuevo. Mezclar metal reciclado
con un nuevo metal permite ahorrar energía
considerablemente así como el uso eficiente del calor
procesado. No hay diferencia entre el metal primario y el metal
reciclado en términos de calidad y propiedades.
La mayoría de los hornos produce aluminio del
99.7% de pureza que es aceptable para la mayoría de las
aplicaciones. Sin embargo, el aluminio muy puro de 99.99% es
utilizado para aplicaciones especiales, generalmente aquellas
dónde la alta ductilidad y conductividad es requerida. El
margen de diferencia en pureza del aluminio da cambios
significantes en las propiedades del metal.
También existe el proceso de producción de aluminio llamado BAYER, el
cual consiste en:
- La bauxita después de haber sido pulverizada y
obtenida de los procesos de
espumado se carga a un digestor el que contienen una
solución de sosa cáustica bajo presión y a
alta temperatura. - Producto del digestor se forma aluminato de sodio que
es soluble en el licor generado. - Los sólidos insolubles como hierro, silicio,
titanio y otras impurezas son filtrados y el licor con la
alúmina se bombea a depósitos llamados
precipitadores . - En los precipitadores se agregan uno cristales finos
de hidróxido de aluminio, estos cristales se hacen
circular por entre el licor concentrado para que sirvan de
simientes, van creciendo en dimensiones a medida que el
hidróxido de aluminio se separa del licor. - El hidróxido de aluminio que se adhirió
a los cristales se calcina en hornos que operan por arriba de
los 900ºC. Esto convierte a la alúmina en un
producto de
alta calidad para la fusión y obtención de
aluminio de buena calidad. - La alúmina producto de los hornos de calcinado
es procesada en tinas electrolíticas llamadas celdas
reductoras. Estas tinas funcionan con un baño de ciolita
(fluoruro de aluminio sódico), el ánodo es un
electrodo de carbón y el cátodo es la misma tina.
En estas tinas se obtiene el aluminio
metálico. - El aluminio obtenido de las celdas reductoras es
moldeado y procesado en hornos de concentración para la
obtención de aluminio de alta calidad.
Para la producción de cada kilogramo de aluminio
se requiere 2 kg de alúmina, los que son producto de 4 kg
de bauxita y 8 kwh de electricidad.
Reciclaje. Al final de la vida
útil que contiene aluminio puede ser utilizado una y otra
vez sin que se pierda su calidad, ahorrando energía y
materiales en bruto.
Reciclando un kilogramo de aluminio se pueden ahorrar 8
kilogramos de bauxita, 4 kilogramos de productos
químicos y 14 kW/hr de electricidad.
Cualquier cosa hecha de aluminio puede ser reciclada
repetidamente: no solo latas, también hojas,
láminas, moldes, marcos de ventanas, muebles de
jardín, componentes de automóvil son derretidos y
se usan para hacer los mismos productos de nuevo.
El material de desecho en todas sus fases es
meticulosamente recolectado y clasificado por tipos de
aleación por todas las compañías de
aluminio. A diferencia de otros metales, el aluminio de desecho
tiene un valor significativo y buenos índices de precios en el
mercado.
El aluminio es el único material de empaque que cubre
más allá de su costo de
recolección, proceso y traslado al centro de reciclaje. La
industrial del aluminio está trabajando con los
fabricantes de componentes de automóviles para permitir
que los carros con componentes de aluminio sean fácilmente
desmantelados y que los desechos sean clasificados y reutilizados
para partes nuevas idénticas. En la mayoría de
otros proyectos de
reciclaje los desechos de material son rara vez reutilizados para
su misma aplicación, este tiene que ser degradado a una
aplicación que tiene menos propiedades de
metal.
La tasa de reciclaje para aplicaciones de construcción y transporte va
desde el 60 al 90% en varios países. El metal es
reutilizado en aplicaciones de alta calidad.
Aplicaciones del aluminio en el área
automotriz
En forma de placa o lámina se usan en la industria del
transporte en carrocerías, tanques o escaleras; son
ideales para la fabricación de carros de ferrocarril o de
trenes urbanos y en general para aplicaciones
estructurales.
Para el transporte, el aluminio es un elemento ideal
gracias a que es ligero, fuerte y es fácil de moldear. El
gasto inicial en energía es totalmente recuperable ya que
el vehículo ahorrará mucha gasolina y
requerirá menor fuerza o potencia para
moverse.
El uso de aluminio en las partes que componen a coches y
camiones ha aumentado en forma constante en la última
década. La utilización de este metal reduce
ruido y
vibración.
Gracias al aluminio, muchas partes de los
vehículos son recicladas Además, el aluminio
absorbe energía cinética lo cual evita, que en un
accidente, la reciban los pasajeros.
El aluminio no se oxida como el acero; esto significa
que los vehículos, en zonas climatológicas de gran
humedad tengan una vida más larga. Los autos con
cuerpo de aluminio duran tres o cuatro veces más que los
que tienen un chasis de acero.
Aluminio
Este metal ligero con una densidad de 2,7 gramos por
centímetro cúbico es casi tres veces más
ligero que el hierro. En el nuevo Opel Vectra y Vectra GTS se
utiliza en los anclajes del chasis, del capó y de los
parachoques o paragolpes.
El bronce es una aleación de cobre y
estaño empleada por primera vez en Mesopotamia hacia
el 3000 a. C. La fabricación del cobre implica el
conocimiento detécnicas para fundir los metales. La
cantidad de estaño hace variar la dureza de la
aleación. Con un 5 % de estaño el bronce puede
trabajarse en frío y con el 15 % o más de
estaño el material es más duro y apto para la
fabricación de figuras. Además, el bronce funde a
una temperatura menor que el cobre, lo que facilita su metalurgia.
Los sumerios emplearon el bronce para elaborar
estatuas.
Aplicaciones del bronce en el área
automotriz
Se emplea para la fabricaciòn de bujes que
conforman partes mecànicas.
El latón es el mejor material para la manufactura de
muchos componentes debido a sus características únicas. Buena
resistencia y el ser muy dúctil se combinan con su
resistencia a la corrosión y su fácil manejo en las
máquinas y herramientas.
El latonado establece los estándares mediante los cuales
la trabajabilidad de otros materiales es medida y también
está disponible en una muy amplia variedad de productos y
tamaños para lograr el maquinado mínimo de las
dimensiones finales.
Como varilla o barra, el latón es
fácilmente disponible para manufacturas y para almacenado.
Para piezas largas frecuentemente es de gran valor, considerando
la adquisición de medidas especiales de perfiles extruidos
diseñados para minimizar los costos de
producción subsecuentes. La manufactura de varillas de
latón se puede hacer de una gran variedad de perfiles y
tamaños con un mínimo de materias primas comparado
con otros materiales.
El costo de troqueles para extrusiones especiales puede
ser muy barato cuando es para volúmenes de
producción grandes y las extrusiones de cavidad pueden
salvar las operaciones de
barrenado excesivo. Como en las extrusiones, el costo de
troqueles para estampado caliente es mucho menor que el de las
técnicas de moldeado para inyección
usadas para algunos materiales.
El latón, teniendo varias combinaciones de
resistencia y ductilidad, resistencia a la corrosión,
maquinado, conductilidad y muchos otros atributos es ampliamente
usado en la manufactura de componentes y productos terminados.
Los materiales alternativos se pueden considerar, pero es
necesario recordar que el criterio principal a ser evaluado, es
aquel que tiene que ver en general con la duración y el
costo relacionado con él, más que con el costo
primario de la materia
prima.
Las propiedades del latón dependen principalmente
de la proporción de zinc que presente, así como la
adición de pequeñas cantidades de otros metales
esto es conveniente para darle distintos usos.
Obtención del
latón
Fundición: Hornos eléctricos de inducción alimentan la colada continua para
producción de "billets" y de alambrón en las
aleaciones y dimensiones. La fijación de la
aleación se apoya en aparatos de rayos X, que
garantizan el cumplimiento de las restrictivas tolerancias
analíticas impuestas para conseguir una calidad constante
en todo momento.
Fundición de aleaciones de cobre; latones
complejos. Se funden en hornos de inducción y solidifican
por procedimientos de
colada continua y centrífuga de altas
velocidades.
Fabricación (por medio de mecanización en
máquinas de control
numérico) de cojinetes metálicos de fricción
con lubricantes sólido incorporado. El lubricante es un
grafito aglomerado con resinas y otros elementos. Forja de
latón en estampa cerrada, para la realización de
piezas entre 20 grs. Y 5 Kgs.
Extrusión: Formar barras, tubos, perfiles, etc.,
haciendo pasar metal fundido o materia
plástica por una abertura apropiada. Mediante
líneas productivas, permite una elevada capacidad
productiva con un óptimo nivel de calidad. Se requiere una
particular atención en el control y la
regulación de la temperatura del material extruido durante
la fase de extrusión, que constituye la base de la calidad
de los productos.
Trefilería de hilo: Se apoya en instalaciones
tecnológicamente avanzadas para la producción de
hilo en diversas medidas, aleaciones, características
mecánicas.
Laminación: Laminados con atención a las
propiedades mecánicas y a las tolerancias dimensionales
que vienen controladas y reguladas "on line" mediante
calibración por láser que
trabajan en cascada en la caja de laminación.
Tubo calibrado: El tubo extruido viene trabajado para
obtener todas las medidas pertenecientes a los más
variados sectores de uso que van del mobiliario a la
fontanería y múltiples de aplicaciones
especiales.
Barra calibrada: Por medio de rodillos se producen
barras con calibres determinados.
Aplicaciones del latón en el área
automotriz
En el area de Automoción:Termostatos,
guías de válvula, casquillos, conexiones y una
variedad de piecerío menor en conjuntos y
subconjuntos mecánicos, eléctricos y
electrónicos. El metal ideal en la fabricación de
radiadores es el cobre por su facilidad de transmitir calor, pero
porrazones económicas se emplea el
latón.
Cinc, de símbolo Zn, elemento metálico
blanco azulado que tiene muchas aplicaciones industriales. El
cinc es uno de los elementos de transición del sistema periódico;
su número atómico es 30. Los minerales de cinc
se conocen desde hace mucho tiempo, pero el
cinc no fue reconocido como elemento hasta 1746, cuando el
químico alemán Andreas Sigismund Marggraf
aisló el metal puro calentando calamina y carbón de
leña.
Obtención del
zinc
El cinc puro es un metal cristalino, 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. No es atacado por el aire seco, pero en aire
húmedo se oxida, cubriéndose con una
película carbonada que lo protege de una posterior
corrosión. Tiene un punto de fusión de 420 °C,
un punto de ebullición de 907 °C y una densidad
relativa de 7,14. Su masa atómica es 65,38.
Ocupa el lugar 24 en abundancia entre los elementos de
la corteza terrestre. No existe libre en la naturaleza, sino
que se encuentra como óxido de cinc (ZnO) en el mineral
cincita y como silicato de cinc (2ZnO·SiO2H2O) en la
hemimorfita. También se encuentra como carbonato de cinc
(ZnCO3) en el mineral esmitsonita, como óxido mixto de
hierro y cinc (Zn(FeO2)O2) en la franklinita, y como sulfuro de
cinc (ZnS) en la esfalerita, o blenda de cinc. Las menas
utilizadas más comúnmente como fuente de cinc son
la esmitsonita y la esfalerita.
El primer paso en el proceso metalúrgico es
transformar los minerales en óxidos, sometiéndolos
a altas temperaturas. Después se reducen los óxidos
con carbono en un horno eléctrico y el cinc hierve y se
destila en la retorta, en donde tiene lugar la reducción.
El cinc obtenido por destilación contiene pequeñas
cantidades de hierro, arsénico, cadmio y plomo, y es
conocido en metalurgia como peltre. En otro método de
refinarlo, los minerales se calcinan y se lixivian con
ácido sulfúrico. Después de separar las
impurezas, la disolución se electroliza. El cinc
electrolítico es puro y tiene cualidades superiores como,
por ejemplo, una mayor resistencia a la
corrosión.
Aplicaciones del zinc en el área
automotriz
El metal se usa principalmente como capa protectora o
galvanizador para el hierro y el acero, y como componente de
distintas aleaciones, especialmente del latón.
También se utiliza en las placas de las pilas
(baterías) eléctricas secas, y en las fundiciones a
troquel. El óxido de cinc, conocido como cinc blanco, se
usa como pigmento en pintura.
También se utiliza como rellenador en llantas de goma y
como pomada antiséptica en medicina. El
cloruro de cinc se usa para preservar la madera y como
fluido soldador. El sulfuro de cinc es útil en
aplicaciones relacionadas con la electroluminiscencia, la
fotoconductividad, la semiconductividad y otros usos
electrónicos; se utiliza en los tubos de las pantallas de
televisión
y en los recubrimientos fluorescentes.
En la actualidad, aproximadamente nueve de cada diez
vehículos en circulación en el continente
norteamericano contienen una o varias piezas galvanizadas, lo que
representa, en promedio, 15 kilos de zinc por
vehículo.
Debido a sus características intrínsecas,
las baterías de zinc, son más eficaces que los
otros sistemas
actuales. Esto podría influir principalmente en el sector
de coches eléctricos. Los representantes de esta industria
cuentan con un crecimiento del mercado de entre 5 y 10% en los
próximos diez años.
El estaño es un elemento químico de
símbolo Sn, que pertenece al grupo IV de la
tabla
periódica. Su número atómico es 50 y su
peso atómico 118,69. Forma compuestos estannosos (Sn ) y
estannicos (Sn), así como sales complejas de los tipos
estannito y estannato. El estaño ocupa el lugar 49 entre
los elementos de la corteza terrestre. El estaño ordinario
tiene un punto de fusión de 232 °C, un punto de
ebullición de 2.260 °C y una densidad relativa de
7,28.
El estaño es muy
dúctil y maleable a 100 °C de temperatura y es
atacado por los ácidos fuertes. Ordinariamente es un metal
blanco plateado, pero a temperaturas por debajo de los
13 °C se transforma a menudo en una forma
alotrópica (claramente distinta) conocida como
estaño gris, que es un polvo amorfo de color
grisáceo con una densidad relativa de 5,75. Debido al
aspecto moteado de los objetos de estaño que sufren esta
descomposición, a esta acción se la denomina
comúnmente enfermedad del estaño o peste del
estaño. Al doblar una barra de estaño ordinaria,
ésta emite un sonido crepitante
llamado grito del estaño, producido por la fricción
de los cristales.
Se puede alear
fácilmente con casi todos los metales. En la naturaleza se
puede hallar en estado nativo,
pero generalmente se encuentra en forma de oxido estannoso, de
formula son Sn O, que como agregado mineral se conoce con el
nombre de casiterita. Por lo que respecta a sus
características físicas, el estaño es un
metal no tóxico, blando y dúctil. Funde a 231.88 C
es altamente fluido en estado fundido lo que facilita su uso como
revestimiento de otros metales. Reacciona con ácidos y
bases fuertes, pero es relativamente inerte frente a soluciones
neutras.
Expuesto a ambientes exteriores e interiores mantiene su
color blanco plateado por su notable resistencia a la
corrosión. Existe dos formas alotrópicas (distintas
estructuras
cristalinas): estaño blanco (forma Beta) y estaño
gris ( forma alfa). La temperatura de transformación entre
ambas es de 13.2 C, aunque el cambio
estructural solamente tiene lugar si el metal es de gran pureza.
La transformación inversa se produce a baja
temperatura.
Obtención del
estaño
El mineral principal del estaño es la
casiterita (o estaño vidrioso),
SnO2, que abunda en Inglaterra,
Alemania, la
península de Malaca, Bolivia,
Brasil y Australia. En la extracción de estaño,
primero se muele y se lava el mineral para quitarle las
impurezas, y luego se calcina para oxidar los sulfuros de hierro
y de cobre. Después de un segundo lavado, se reduce el
mineral con carbono en un horno de reverbero; el estaño
fundido se recoge en la parte inferior y se moldea en bloques
conocidos como estaño en lingotes. En esta forma, el
estaño se vuelve a fundir a bajas temperaturas; las
impurezas forman una masa infusible. El estaño
también puede purificarse por electrólisis.
Electroposicion. Este procedimiento
consiste en depositar un metal sobre el polo negativo o
cátodo de una solución de sus iones y permite
obtener recubrimientos de muy bajo espesor. Algunos compuestos
del estaño, tanto inorgánicos como
orgánicos, han encontrado aplicación en el campo de
la cerámica (vidriados especiales) y en el
tratamiento e investigación de materiales plásticos.
Infortunadamente, el estaño, rara vez se encuentran en
estado puro y en cantidades comerciales. En virtud de que deben
ser separados de la ganga antes de que el mineral se pueda
reducir se efectuará un proceso conocido como
preparación del mineral. Uno de los métodos
para concentrar o "preparar el mineral" es familiar a quienes han
lavado oro. En virtud de que los metales y los compuestos
metálicos son más pesados que la ganga, se
depositarán en el fondo con más rapidez, si dicha
mezcla se agita en el agua. Se han desarrollado métodos
especiales para acelerar la acumulación de compuestos
metálicos utilizando este principio.
En otro método de "preparación del
mineral", el mineral y la ganga se pulverizan finamente y se
mezcla con agua. Se añade una cierta cantidad de aceite
especifico y se induce un mezclado violento. Aparece una
acción espumante y los compuestos metálicos quedan
suspendidos en la espuma de donde son extraídos para ser
procesados.
Aplicaciones del estaño en el área
automotriz
Del estaño se obtienen con facilidad fases
intermetálicas (aleaciones de dos o más metales)
duras y frágiles.Pequeñas aplicaciones de trabajado
mecánico aumentan la dureza. Sin embargo, como
consecuencia de la baja temperatura de recristalizacion, la
mayoría de las aleaciones de estaño se ablandan
espontáneamente a la temperatura ambiente.
Los elementos de aleación como el cobre, el
antimonio, el bismuto, el cadmio o la plata aumentan su dureza.
Las aleaciones mas utilizadas son las soldaduras blandas, que se
emplean para cierres y juntas de metales; el material de
aportación es una aleación de estaño y
cobre. El material de aportación para usos especiales se
contribuye de aleaciones de estaño, antimonio, plata,
indio, y zinc. La combinación de bismuto y cadmio con
estaño y plomo produce aleaciones con bajo punto de
fusión, que se emplean como fusibles para extintores de
fuego, tapones de calderas, etc.
Las aleaciones de cobre y estaño reciben el nombre
genérico de bronces y pueden llevar o no elementos de
modificación como zinc, plomo o manganeso.
El estaño se emplea por su ductilidad, suavidad
de superficie, resistencia a la corrosión y cualidades
higiénicas principalmente en chapas, tubos, alambres y
tubos plegables. También se puede utilizar como
revestimiento de acero y cobre. La banda de acero revestida de
estaño denominada hojalata constituye uno de los
materiales empleados con mayor profusión en la industria
conservera. Para su fabricación, el revestimiento de
estaño se puede aplicar por inmersión en cubetas de
metal fundido o por electroposicion.
Níquel, de símbolo Ni, es un elemento
metálico magnético, de aspecto blanco plateado,
utilizado principalmente en aleaciones. Es uno de los elementos
de transición del sistema periódico y su
número atómico es 28.
Durante miles de años el níquel se ha
utilizado en la acuñación de monedas en aleaciones
de níquel y cobre, pero no fue reconocido como sustancia
elemental hasta el año 1751, cuando el químico
sueco Axel Frederic Cronstedt consiguió aislar el metal de
una mena de niquelita.
El níquel es un metal duro, maleable y
dúctil, que puede presentar un intenso brillo. Tiene
propiedades magnéticas por debajo de 345 °C. Aparece
bajo cinco formas isotópicas diferentes. El níquel
metálico no es muy activo químicamente. Es soluble
en ácido nítrico diluido, y se convierte en pasivo
(no reactivo) en ácido nítrico concentrado. No
reacciona con los álcalis. Tiene un punto de fusión
de 1.455 °C, un punto de ebullición de 2.730 °C y
una densidad de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es
58,69.
El níquel aparece en forma de metal en los
meteoritos. También se encuentra, en combinación
con otros elementos, en minerales como la garnierita, milerita,
niquelita, pentlandita y pirrotina, siendo estos dos
últimos las principales menas del níquel. Ocupa el
lugar 22 en abundancia entre los elementos de la corteza
terrestre.
Las menas de níquel contienen generalmente
impurezas, sobre todo de cobre. Las menas de sulfuros, como las
de pentlandita y pirrotina niquelífera se suelen fundir en
altos hornos y se envían en forma de matas de sulfuro de
cobre y níquel a las refinerías, en donde se extrae
el níquel mediante procesos diversos. En el proceso
electrolítico, el níquel se deposita en forma de
metal puro, una vez que el cobre ha sido extraído por
deposición a un voltaje distinto y con un
electrólito diferente. En el proceso de Mond, el cobre se
extrae por disolución en ácido sulfúrico
diluido, y el residuo de níquel se reduce a níquel
metálico impuro. Al hacer pasar monóxido de carbono
por el níquel impuro se forma carbonilo de níquel
(Ni(CO)4), un gas
volátil. Este gas, calentado a 200 °C, se descompone,
depositándose el níquel metálico
puro.
Obtención del níquel
Aplicaciones del níquel en el área
automotriz
El níquel se emplea como protector y como
revestimiento ornamental de los metales, en especial de los que
son susceptibles de corrosión como el hierro y el acero.
La placa de níquel se deposita por electrólisis de
una solución de níquel. Finamente dividido, el
níquel absorbe 17 veces su propio volumen de
hidrógeno y se utiliza como catalizador en un gran
número de procesos, incluida la hidrogenación del
petróleo.
El níquel se usa principalmente en aleaciones, y
aporta dureza y resistencia a la corrosión en el acero. El
acero de níquel, que contiene entre un 2% y un 4% de
níquel, se utiliza en piezas de automóviles, como
ejes, cigüeñales, engranajes, llaves y varillas, en
repuestos de maquinaria y en placas para blindajes. Algunas de
las más importantes aleaciones de níquel son la
plata alemana, el invar, el monel, el nicromo y el permalloy. 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.
Los mayores depósitos de níquel se
encuentran en Canadá; en 1957 se descubrieron ricos
yacimientos en el norte de Quebec. Otros países
importantes productores de níquel son Rusia, Australia e
Indonesia. La producción mundial minera de níquel
en 2000 fue de unos 1.160 millones de toneladas.
Los fabricantes de automóviles son grandes
usuarios de níquel, y los ingenieros de la industria
automotriz están optando por aleaciones de níquel y
de acero inoxidable con contenido de níquel a fin de
satisfacer una amplia gama de necesidades en la
fabricación de vehículos cada vez más
sofisticados. En este número se presentan tres
aplicaciones de este tipo: la fabricación de
depósitos de combustible impermeables al gas que
ayudarán a reducir las emisiones de gas tipo invernadero;
baterías recargables de níquel-cadmio en
vehículos eléctricos con cero emisiones que
pudieran ayudar a limpiar el aire en los principales centros
urbanos; y el ecológicamente responsable electro chapeado
de diversas partes automotrices, tales como ruedas. De igual
forma, el uso de acero inoxidable con contenido de níquel
utilizado en una prensa de
tecnología
de punta que procesa el hule de llantas usadas a fin de que
puedan reciclarse para hacer otros componentes, como es el caso
de guardafangos.
Recientemente, la industria automotriz se ha enfrentado
al reto de tomar el control de sus productos y de esta forma
minimizar el impacto ecológico que éstos ocasionan
cuando la vida útil llega a su fin. El uso de aleaciones
con contenido de níquel está facilitando el logro
de estos objetivos.
Cromo, de símbolo Cr, es un elemento
metálico de color gris, que puede presentar un intenso
brillo. Es uno de los elementos de transición del sistema
periódico y su número atómico es
24.
Este elemento fue descubierto en 1797 por el
químico francés Louis Nicolas Vauquelin, que lo
denominó cromo (del griego chroma, 'color') debido a los
múltiples colores de sus
compuestos.
El cromo es un elemento común y ocupa el lugar 21
en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Su
masa atómica es 51,996; su punto de fusión es de
1.857 °C, y su punto de ebullición de 2.672 °C y
su densidad 7,2 g/cm3.
El cromo puede reemplazar en parte al aluminio o al
hierro en muchos minerales a los que da sus exclusivos colores.
Muchas de las gemas preciosas deben su color a la presencia de
compuestos de cromo. Los minerales aptos para su posterior
manipulación son poco comunes; la cromita (FeCr2O4) es el
más importante.
Aplicaciones del cromo en el área
automotriz
Más de la mitad de la producción total de
cromo se destina a productos metálicos, y una tercera
parte es empleada en refractantes. El cromo está presente
en diversos catalizadores importantes. Principalmente se utiliza
en la creación de aleaciones de hierro, níquel o
cobalto. Al añadir el cromo se consigue aumentar la dureza
y la resistencia a la corrosión de la aleación. En
los aceros inoxidables, constituye el 10% de la
composición final. Debido a su dureza, la aleación
de cromo, cobalto y wolframio se emplea para herramientas de
corte rápido de metales. Al depositarse
electrolíticamente, el cromo proporciona un acabado
brillante y resistente a la corrosión. Debido a ello se
emplea a gran escala en el
acabado de vehículos. El amplio uso de la cromita como
refractante se debe a su alto punto de fusión, su moderada
dilatación térmica y la estabilidad de su
estructura cristalina.
Cobre, de símbolo Cu, es uno de los metales de
mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. El
cobre es uno de los elementos de transición de la tabla
periódica, y su número atómico es 29. Su
punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto
de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una
densidad de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es
63,546.
Obtención del cobre
El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los
elementos de la corteza terrestre. Frecuentemente se encuentra
agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo,
apareciendo en pequeñas partículas en rocas, aunque
se han hallado masas compactas de hasta 420 toneladas. El cobre
se encuentra por todo el mundo en la lava basáltica,
localizándose el mayor depósito conocido en la
cordillera de los Andes en Chile, bajo la
forma de pórfido. Este país posee aproximadamente
el 25% de las reservas mundiales conocidas de cobre y a comienzos
de 1980 se convirtió en el primer país productor de
este metal. Los principales yacimientos se localizan en
Chuquicamata, Andina, El Salvador y El Teniente.
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Producción-del-cobre Para ver el Los yacimientos de cobre contienen generalmente |
El cobre se obtiene fundamentalmente de un mineral
llamado CALCOPIRITA el que contiene grandes cantidades de cobre,
azufre y fierro.
- La calcopirita es mezclada con cal y materiales
silicos, los que son pulverizados por medio de molinos de
quijadas y transferidos a una tinas
estratificadoras. - En las tinas estratificadoras el mineral es
extraído al flotar con la espuma producto de la
agitación. La espuma se forma al mezclar agua con aceite
y agitarlos enérgicamente. - El mineral extraído se pasa por un horno de
tostado para eliminar el azufre. Los polvos de los gases
producto del horno de tostado son capturados y procesados para
obtener plata, antimonio y sulfuros. - Los concentrados del horno de tostado son derretidos
en un horno de reverbero, en este horno se elimina el hierro en
forma de escoria. - El material derretido del horno de reverbero, que se
conoce como ganga, es introducido a un horno parecido al
convertidos Bessemer, del cual sus gases son utilizados para
obtener ácido sulfúrico y el producto de su
vaciado es cobre conocido como cobre Blister, el que tiene 98%
de pureza y que puede ser refinado todavía más
por métodos electrolíticos.
Aplicaciones del cobre en el área
automotriz
El cobre tiene una gran variedad de aplicaciones a causa
de sus ventajosas propiedades, como son su elevada conductividad
del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión,
así como su maleabilidad y ductilidad, además de su
belleza. Debido a su extraordinaria conductividad, sólo
superada por la plata, el uso más extendido del cobre se
da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite
transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de
0,025 mm. La resistencia a la tracción del alambre de
cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2. Puede usarse 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.
A lo largo de la historia, el cobre se ha
utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles
de cocina, tinajas y objetos ornamentales. En un tiempo era
frecuente reforzar con cobre la quilla de los barcos de madera
para proteger el casco ante posibles colisiones. El cobre se
puede galvanizar fácilmente como tal o como base para
otros metales. Con este fin se emplean grandes cantidades en la
producción de electrotipos (reproducción de caracteres de
impresión).
La metalurgia del cobre varía según la
composición de la mena. El cobre en bruto se tritura, se
lava y se prepara en barras. Los óxidos y carbonatos se
reducen con carbono. Las menas más importantes, las
formadas por sulfuros, no contienen más de un 12% de
cobre, llegando en ocasiones tan sólo al 1%, y han de
triturarse y concentrarse por flotación. Los concentrados
se funden en un horno de reverbero que produce cobre
metálico en bruto con una pureza aproximada del 98%. Este
cobre en bruto se purifica por electrólisis,
obteniéndose barras con una pureza que supera el 99,9 por
ciento.
El cobre puro es blando, pero puede endurecerse
posteriormente. Las aleaciones de cobre, mucho más duras
que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no
pueden utilizarse en aplicaciones eléctricas. No obstante,
su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la
del cobre puro y son de fácil manejo. 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.
El cobre ha sido desde siempre el metal elegido para
radiadores de coches y camiones,aunque el aluminio ha asumido una
significativa cuota de mercado en el equipamiento original de
radiadores en los últimos 20 años. En los
años 70 la industria del automóvil comenzó
un cambio del cobre/latón al aluminio para los radiadores
de coches y camiones porque era más ligero y la percepción
de un mercado estable le dio a este metal una ventaja
comparativa. Hoy en día elcobre está presente en el
39 % del total de radiadores en el mercado.
Obtención del
plomo
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El concentrado de plomo o GALENA
contiene 65 a 68 % de plomo.
- La galena es pasada por un horno de tostado para
eliminar en lo posible la gran cantidad de azufre que contiene
este material. Los gases del horno son procesados para obtener
ácido sulfúrico y el material desufurizado pasa a
un mezclador. - El concentrado producto del horno de tostado es
mezclado con caliza, arena, escoria y mena de hierro, la que es
pasada a un horno de sinterizado. - El material aglomerado por el horno de sinterizado se
pasa a un alto horno del cual se obtiene cadmio al procesar sus
gases y su producto es transferido a un tanque
espumador. - En el tanque la espuma es recogida y enviada a una
marmita a la que se le agrega azufre y con ello se obtiene
cobre. - El sedimento del tanque espumador pasa a un horno de
oxidación, también conocido como horno
ablandador. La escoria de este horno contiene antimonio y
arsénico. El plomo deretido se pasa a una marmita de
vacío. - En la marmita de vacío se agrega zinc con el
que el oro y la plata se disuelven, las aleaciones de oro y
plata en la marmita flotan y se desnatan para ser pasadas a un
horno de retorta del cual se recupera el zinc por medio de un
condensador y el oro y la plata por medio de un baño
electrolítico. - El plomo derretido pasa a la cámara de
vacío luego derramado en una marmita a la que se agrega
sosa cáustica de la cual se obtiene el plomo de gran
calidad.
Aleación producto
homogéneas de propiedades metálicas compuesto de 2
o mas elementos, uno de los cuales al menos debe de ser un metal,
sin que haya combinación química entre
ellos.
Por medio de las aleaciones se les dan a los metales
características, como por ejemplo dureza que no poseen por
si mismo, actualmente ningún metal se usa puro, hay
millares de aleaciones industriales, la mas importante es el
acero, el bronce que se compone de cobre y estaño,
así como otros de igual importancia como lo son el
latón que es cobre con cinc, los que son mezclas de
plomo y antimonio los cuales se usan como soldadura,
como tipos de imprenta las aleaciones de aluminio con magnesio y
manganeso tienen muchas aplicaciones en la aviación y
astronáutica.
http://www.bolidenbrass.com/prodinf_ie4.htm
http://simonellitrafilerie.com/español/present.htm
http://www.farmbrass.it/SPAGNOLO/forni_so/forni_so2.htm
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http://www.ficto.gr/Brassa.html
http://finanzas.yahoo.es/noticias/19990205/finanzas/esp-990205-134515.html
Jesús Guevara
Estudiante del III Semestre de Tecnología
Automotriz de Instituto Universitario de Tecnología
Industrial, sede Valencia. Edo. Carabobo, Venezuela.