1.-Obtención de los
metales
Los
metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que
forman parte de las rocas.
La
extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto si
la capa de mineral se halla a poca profundidad. Por el contrario, si
el yacimiento o filón es profundo, la excavación se lleva a cabo
bajo tierra y recibe el nombre de mina subterránea. En ambos
tipos de explotación se hace uso de explosivos, excavadoras,
taladradoras y otra maquinaria a fin de arrancar el mineral de la
roca.
En
todo mineral se distingue la mena de la ganga:
La
metalurgia es el conjunto de industrias que se encargan de la
extracción y transformación de los minerales metálicos.
La
siderurgia es la rama de la metalurgia que trabaja con los
materiales ferrosos. Incluye desde el proceso de extracción del
mineral de hierro hasta su presentación comercial para ser utilizado
en la fábrica de productos. La siderurgia es un sector de la
metalurgia que se encarga de la producción y transformación
industrial del hierro
2.-Tipos de metales
Se
denominan materiales férricos o ferrosos a aquellos
materiales cuyo componente principal es el hierro (mineral en estado
puro). Entre ellos se encuentran el hierro puro, el acero y las
fundiciones.
Se denominan materiales
metálicos o no férricos a aquellos cuya base fundamental
está constituida por un metal que no contiene hierro, como el cobre,
el cinc, el aluminio, el estaño y otros.
3.-Materiales
ferrosos
Los
materiales férricos o ferrosos son los más utilizados en la
actualidad, ya que los procesos de extracción del mineral y lo de
obtención del metal son relativamente más económicos. Los
minerales de hierro que se extraen de la corteza terrestre deben
someterse a diferentes procesos a fin de conseguir hierro puro.
Además del hierro puro, se utilizan también las aleaciones.
Una
aleación es una mezcla de dos o mas elementos químicos, de los
cuales al menos uno, el que se encuentra en mayor proporción, es un
metal.
El
hierro puro tiene una concentración de carbono que se sitúa entre
el 0.008% y el 0.03%. Tiene malas propiedades mecánicas por lo que
tiene pocas aplicaciones industriales. Se utiliza para fabricar
núcleos de transformadores, motores, generadores eléctricos y en
las líneas de conducción eléctrica en sustitución del cobre y del
aluminio (por su baja resistencia eléctrica).
En los aceros el
porcentaje de carbono oscila entre el 0.03% y el 1.76%. Los aceros se
pueden utilizar sin que presenten. El coste del acero es
relativamente bajo, pero presenta algunas limitaciones puesto que
tiene una escasa resistencia a la corrosión y oxidación. Para
superar esta y otras deficiencias se han desarrollado aceros de
aleación que contienen elementos que mejoran sus propiedades como
son los aceros inoxidables. Se usa para fabricar piezas como
cigüeñales, bielas, muelles, ejes, levas, vigas, tornillos,
tuercas, tubos, tijeras, cuchillos, brocas etc.
La
fundición es una aleación de Fe–C con C en una proporción del
1’76 al 6´67%. Eventualmente contiene otros ligantes
fundamentales, por ejemplo cromo, níquel, silicio, etc.
Las
fundiciones son muy fluidas en estado líquido y solidifican con una
contracción moderada. Además, debido a su alto contenido en
carbono, las temperaturas de fusión son más bajas que en el caso de
los aceros, lo que los hace muy atractivos para su aplicación
industrial. Se usa para fabricar bancos, farolas, tapas de
alcantarilla, etc.
4.-Proceso de obtención del acero
Los
procesos de fabricación de aceros más conocidos son:
Convertidor de Bessemer y Thomas: Se usa en el proceso de afinado del acero y en el de reciclado del mismo. Consta de 3 fases:
Llenado con el
arrabio fundido.
Soplado: Se le
inyecta aire a presión, graduando la cantidad de aire que entra se
obtienen aceros de diferentes calidades.
Vaciado.
Horno de
Siemens-Martin: La característica de este horno es que funciona
con chatarra, arrabio procedente de alto horno o mineral de hierro.
La carga de material se hace por la parte superior del horno y la
extracción del acero por la parte inferior. El proceso consiste en
quemar combustible en el interior del horno para alcanzar
temperaturas de 1800ºC. El principal inconveniente es el alto coste
energético y la baja calidad del producto obtenido, por eso no se
usa mucho en la actualidad.
Horno
eléctrico: La principal ventaja de los hornos eléctricos es el
rápido calentamiento. Se consigue obtener aceros muy puros y de
alta aleación como los aceros inoxidables. El mayor inconveniente
reside en el elevado coste de la energía eléctrica empleada para
producir calor. Los hornos empleados son el horno eléctrico de
arco y el horno de inducción basado en las corrientes de
Foucault.
5.- Materiales no ferrosos
5.1.- Metales pesados
Cobre
Se trata de uno de los metales más antiguos empleados por el ser
humano. Los procesos de obtención de cobre a escala industrial se
produjeron a partir del siglo XIX. En la naturaleza el cobre está
presente en diversos minerales como la cuprita, la calcopirita o la
malaquita. El cobre se alea con el cinc (latones), con el estaño
(bronces) y con otros metales para mejorar su dureza y su resistencia.
Latón
Son las aleaciones de cobre con cinc. El latón es menos
resistente a los agentes atmosféricos que el cobre, pero soporta
mejor la corrosión. En la actualidad se emplea mucho en la
orfebrería, para fabricar hélices, tuberías, etc.
Bronce
Son aleaciones de cobre
con estaño. Los bronces
tienen elevada resistencia mecánica y buena resistencia a la
corrosión, superior a la de los latones. Por esto se emplea para
fabricar chapas, flejes, alambres, engranajes, cojinetes y
rodamientos. Existen bronces especiales como los empleados para
fabricar campanas y otros de fácil fusión utilizados en la
producción de lámparas y objetos artísticos.
Plomo
El principal mineral del que se extrae
plomo es la galena. Es un mineral de color gris plateado, blando, de
densidad elevada, pesado, de baja conductividad eléctrica y térmica,
flexible, maleable y muy frágil, ya que se rompe fácilmente en
cubitos. Puede ser laminado en frío pero no estirado en hilos ya que
es muy poco dúctil y resiste mal la tracción. Presenta afinidad por
el oxígeno lo que hace que su superficie de corte, inicialmente
brillante, se oxide en contacto con el aire y pierda el brillo. Como
en otros casos, la capa de óxido impide que el proceso se propague
al interior de la masa metálica. Es un material extraordinariamente
blando, puede rayarse con la uña y absorbe muy bien las vibraciones,
por eso no suena cuando se le golpea. Su elevada densidad lo hace
opaco a las radiaciones electromagnéticas por lo que se utiliza como
escudo protector en instalaciones médicas de radiología y en
centrales nucleares. Se usa como aditivo en la industria del vidrio
ya que le confiere mayor peso y dureza. Esta característica le hace
especialmente útil en la industria de producción de lentes. El
plomo constituye un peligroso veneno mineral ya que el organismo
humano es incapaz de eliminarlo. La intoxicación por plomo y sus
derivados se denomina saturnismo y produce intensos dolores
intestinales, cefaleas, alucinaciones e hipertensión arterial.
Estaño
Se extrae básicamente de un mineral
denominado casiterita
que contiene óxido de estaño. El estaño es un metal de color
blanco brillante, muy blando, de estructura cristalina, poco dúctil
pero muy maleable. Puede ser laminado en finas planchas que forman el
papel de estaño. Es muy estable y resistente a los agentes
atmosféricos a temperatura ambiente. El papel de estaño fue
utilizado antes de la Segunda Guerra Mundial como embalaje de
alimentos. En la actualidad ha sido sustituido con ventaja por el
papel de aluminio por su menor coste económico. Por su resistencia a
la oxidación casi la mitad de la producción mundial de estaño se
emplea como recubrimiento electrolítico de otros metales como por
ejemplo el acero. De este modo se obtiene la hojalata.
Cinc
El mineral principal del que se extrae
es la blonda
con un porcentaje de riqueza superior al 50 %. El cinc es un metal de
color gris azulado, brillante, frágil en frío y relativamente
blando. Es inalterable al aire seco pero el aire húmedo lo oxida y
hace que pierda su brillo. La capa de óxido que lo empaña lo
protege de una oxidación más profunda. Debido a su resistencia se
ha utilizado tradicionalmente en forma de planchas para cubiertas,
cañerías y canalones. Su principal aplicación es el recubrimiento
de piezas de hierro y acero mediante un proceso de galvanizado. Este
procedimiento se emplea actualmente para proteger las estructuras que
han de quedar a la intemperie, como farolas semáforos, torres de
alta tensión, verjas y vallas protectoras de las carreteras.
5.2.- Metales ligeros
Aluminio
El aluminio constituye uno de los
principales componentes de la corteza terrestre (8,13%). Se obtiene
principalmente del mineral bauxita
(tiene un 65% de aluminio). El aluminio es un metal de color
plateado, muy blando, de baja densidad, de conductividad eléctrica
alta, muy dúctil y maleable. Se emplean en estructuras metálicas,
cables, utensilios de cocina, etc, sin embargo su resistencia
mecánica es débil. Para evitar esto surgen sus aleaciones. Presenta
una elevada afinidad por el oxígeno, lo que hace que su superficie
se oxide rápidamente. Sin embargo la capa de óxido que se forma es
compacta y de micras de espesor lo que impide la oxidación posterior
del resto de la masa metálica. Su principal inconveniente es que es
difícil de soldar, debido precisamente a esa capa de óxido.
Titanio
Fue descubierto en 1.791 por el
británico William Gregory aunque fue el austriaco Martin Klaproth el
que, tres años más tarde, le dio el nombre de titanio (del latín
titán que significa 'hijo de la Tierra'). Se encuentra en casi todas
las rocas de origen volcánico que contienen hierro. Su mineral más
común es el rutilo. También se obtiene de la limenita, un compuesto
de titanio y hierro. El titanio es un metal de color blanco plateado,
brillante, ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica. Se oxida
parcialmente pero soporta muy bien la corrosión de los agentes
atmosféricos, por eso se usa en ciertas estructuras arquitectónicas.
Por su densidad relativamente baja y su alta resistencia mecánica se
utiliza para la construcción del fuselaje de aviones, cohetes y
lanzaderas espaciales ya que sus aleaciones resultan más duras que
las del aluminio a igualdad de peso. También se usa en prótesis
médicas, en material para la industria química, en equipos marinos,
etc.
Magnesio
Aunque sus compuestos están muy difundidos por la naturaleza no se
encuentra en estado libre y por ello era desconocido hasta el siglo
XVIII. En 1.808 el químico británico Humphry Davy aisló el metal
impuro al que denominó magnesium. Sus compuestos más comunes son
silicatos de magnesio como el talco, el asbesto, la sepiolita, el
olivino o la serpentina. El cloruro de magnesio se encuentra disuelto
en el agua del mar. El magnesio es un metal de color blanco
brillante, muy ligero, blando, maleable y poco dúctil. Es
inalterable en aire seco pero la humedad le provoca la aparición de
una capa de carbonato muy porosa que no protege al metal, de modo que
con el tiempo llega a corroerse por completo. Tiene gran afinidad por
el oxígeno con el que reacciona de manera muy rápida cuando está
finamente pulverizado. Su combustión casi explosiva determinó su
utilización como flash de las antiguas cámaras fotográficas. Por
su densidad extraordinariamente baja forma aleaciones ultraligeras
con otros metales como el manganeso, el cinc y el aluminio. Éstas se
emplean en la industria aeronáutica y en la fabricación de
bicicletas, automóviles y motocicletas de competición.
