-Estaño (Sn)- Proceso de obtención El mineral de estaño más destacado es la casiterita donde el estaño se encuentra en forma de óxido (SnO2). La casiterita pasa por un proceso para obtener el estaño: 1.- La casiterita se tritura y se muele y se en un cuba de agua donde se agita. Por decantación el estaño que es más pesado se filtra y se se separa de la ganga. 2.- Luego es introducido en horno para que los sulfuros de estaño (SnSx) se conviertan en óxidos del mineral (SnOx). 3.- Obtenida ya la mena, ésta pasa por un horno reverbero donde el óxido de estaño pasa a estaño (reducción). 4.- Finalmente, para conseguir un pureza del 99% de Sn, se somete a un proceso electrolítico.
Propiedades Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Además, es frágil y quebradizo.
Por debajo de los - 18 ºC empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris (peste del estaño). El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 °C, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 °C. Usos
Se usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales.
Su uso también es de disminuir la fragilidad del vidrio.
Se usa para hacer bronce, aleación de estaño y cobre.
Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo.
Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales.
Recubrimiento de acero.
Se usa como material de aporte en soldadura blanda con cautín, bien puro o aleado.
Es usado también en el sobretaponado de botellas de vino, en forma de cápsula.
Lámina de estaño
Casiterita (SnO2)
-Cobre (Cu)- Métodos de obtención Los minerales más destacados del cobre están en forma de sulfuros [calcopirita (CuFeS2) y calcosina(Cu2S)] o en forma de óxidos [malaquita(Cu2CO2(OH)2/Dihidroxido de carbonato de cobre (II)) y cuprita (Cu2O)]. Hay dos métodos para obtener cobre: o por vía seca o húmeda 1.- Vía seca: es el más empleado. Se escoge mineral de cobre de pureza > 10%. Es un proceso muy similar al de estaño.
1.- El mineral de cobre se tritura y se despedaza en un trituradora que, posteriormente, será pulverizado en un molino de bolas. 2.- Luego, se separa la mena de la ganga introduciendo el mineral ya pulverizado dentro de una cuba de agua donde se agita. El mineral se filtra y se separa de la ganga. 3.- Luego se introduce un horno donde solamente se oxidará el hierro, no el cobre. 4.- Al final, se introduce en un horno reverbero donde se funde. Luego se le añade fundente (sílice y cal) para que reaccione con el azufre y el óxido de hierro y forme escoria. Finalmente, se consigue cobre en bruto de pureza 40%. *.- Si se quiere obtener cobre de pureza > 99,5% , hay que someter el cobre en bruto a un proceso electrolítico.
2.- Vía húmeda: se emplea donde el mineral de cobre tenga un pureza < 10%.
1.- Se tritura el mineral. 2.- Se le añade ácido sulfúrico (H2SO4) una vez triturado. 3.- Por último, el mineral pasa por un proceso electrolítico donde, finalmente, se obtiene el cobre.
Propiedades · Es muy dúctil y también son muy maleables ( se puede conseguir hasta láminas de 0,02 mm de espesor). · Puesto que es un metal, posee una alta conductividad eléctrica y térmica.
La adición de otros metales no ferrosos al cobre le hace mejorar sus propiedades mecánica y de resistencia ante la oxidación. No obstante, eso conlleva a un ligero empeoramiento de sus propiedades de conductividad (eléctrica y térmica).
Aplicaciones (aleaciones) · En la aleación de cobre y estaño se consigue bronce. · En la aleación de cobre y cinc se consigue latón que se emplea en la tornillería. Estos dos tipos de aleaciones puede ser tanto ordinarios y comunes o especiales*, donde el cobre, en este caso, se usa para esculturas y cables y, en el latón, para grifos y tuercas; también, tornillos. * Este tipo de aleación son las que lleva la componentes más básico de la mezcla pero también llevan otros elementos químicos.
· En la aleación de cobre y aluminio se obtiene cuproaluminio. Se crea con ello hélices y turbinas. · En la aleación de cobre, níquel y cinc se obtiene alpaca. Se emplea en joyería y en la fabricación de utensilios. · En la aleación de cobre y níquel (40%- 50%) se obtiene cuproníquel. Se emplea para la fabricación de monedas.
Tubos de cobre
-Cinc (Zn)- Proceso de obtención Los elementos donde hay una mayor cantidad de cinc en la naturaleza se encuentra en minerales como: · La blenda: es un mezcla de sulfuro de cinc (ZnS) y sulfuro de plomo (PbS). La pureza de cinc en el mineral es 40%-50%. · La calamina: contiene carbonato de cinc (ZnCO3) y silicato de cinc (Zn2SiO4), donde la pureza Zn < 40%.
Hay 2 procesos donde se puede obtener el cinc casi puro:
· Vía seca: para un concentración molar > 10% 1.- Se tritura el mineral y pasa por un proceso de calcinación, en este último proceso se elimina la concentración de azufre en forma de óxido. 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2 2.- Luego se la añade carbono dentro de un horno de mufla para quitar el oxígeno que forma con el carbono dióxido de carbono para que pase la siguiente reacción: 2 ZnO + C → 2 Zn + CO2 La riqueza de cinc obtenida es de un 98%.
· Vía húmeda: para un concentración molar < 10%. 1.- En primer lugar, se tritura el mineral sin pasar por ningún tipo de proceso. 2.- Después, se le añade ácido sulfúrico (H2SO4) donde se obtiene sulfato de cinc (ZnSO4) más impurezas (Pb, Cu, Fe). 3.- Finalmente, sulfato de cinc se somete posteriormente a electrólisis con ánodo de plomo y cátodo de aluminio sobre el cual se deposita el zinc formando placas de algunos milímetros de espesor que se retiran cada cierto tiempo. Como a resultado, los cátodos obtenidos se funden y se cuela el metal para su comercialización.
Propiedades · 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 junto con el cadmio (α = 3 · 10-5).· Quebradizo a temperatura ambiente. Muy maleable a 100-150 ºC. Aplicaciones
Baterías de Zn-AgO usadas en la industria aeroespacial para misiles y cápsulas espaciales por su óptimo rendimiento por unidad de peso y baterías zinc-aire para computadoras portátiles
Piezas de fundición inyectada en la industria de automoción
Metalurgia de metales preciosos y eliminación de la plata del plomo. Utilizado en fabricación de pinturas al óleo, para fabricar el color blanco de zinc, utilizado para crear transparencia.
Recubrimiento de pilas.
En aleaciones como latones (cobre y zinc) es capaz de sustituir al cobre como material para herramientas y utensilios debido que el cinc es más barato que el estaño. En la alpaca (cobre, níquel y cinc) se utiliza en joyería y el zamak (aluminio, cobre y cinc) para la mecánica.Su usa mucha también para el recubrimiento de piezas, donde hay procesos de diversas maneras como el galvanizado donde puede ser electrolítico o en caliente, metalizado o el proceso de sherandización. Muy común es encontrarlo en forma de óxido en desodorantes y bronceadores; también en pegamentos.
Zinc (Zn)
-Aluminio (Al)- Proceso de obtención El aluminio es el metal más abundante en la naturaleza (constituye un 8% en abundancia natural en la Tierra). Sin embargo, se halla en forma de hidróxidos u óxidos, etc. El mineral más explotado para extraer aluminio es la bauxita [donde el mayor componente del mineral es alúmina que es óxido de aluminio (Al2O3)].
El proceso empleado para la extracción de aluminio es el método Bayer, el cual es muy económico y rentable.
1.- Trituración y pulverización de la bauxita. 2.- Adición de sosa cáustica [hidróxido de sodio (NaOH)] con la bauxita ya pulverizada en agua caliente dentro de un mezclador donde tiene lugar la disolución de la bauxita en la sosa. A estar sometida a elevadas temperaturas debida al agua también estará sometida a elevada presión. 3.- En un decantador tiene lugar la separación residuos sólidos en forma de óxidos. 4.- En un intercambiador de agua se enfría la disolución. 5.- Una vez diluida, se filtra la sosa con que obtenemos óxido de aluminio, es decir, alúmina. 6.- El óxido de aluminio tiene un punto de fusión muy alto (2000 ºC). No se puede someter a una electrolisis directa; es necesario diluirlo en criolita [que es fluoruro de sodio y aluminio (Na3AlF6)] donde se consigue una mezcla eutéctica con un punto de fusión de 900 ºC. En una cuba con electrodos de carbono donde pasa al proceso electrolítico, en el cual obtenemos aluminio de riqueza > 99,5%.
Nótese que para 5 t de bauxita, 1/4 t de cal y 1/3 t de sosa conseguimos 2 t de alúmina que con 1/20 t de criolita se obtiene 1 t de aluminio, donde se requiere en la última reacción una energía eléctrica de 17-24 MWh. Esto hace que el método Bayer sea uno de los más caros.
Propiedades · Muy ligero e inoxidable; es el metal ligero.· Tiene un gran conductividad eléctrica y térmica, una propiedad común de los metales.· Es extremadamente maleable y dúctil. Usos y aplicaciones · Debido a su gran ductiblidad se usa para fabricar alambres y derivados. · A causa de su maleabilidad se utiliza para fabricar papel de aluminio para envoltorios y láminas. · Puesto a su ligereza y gran conductividad eléctrica, se emplea para cables de alta tensión. · Se aplica también para la fabricación de chapas, perfiles y barras de diferentes secciones.
Respecto a sus aleaciones, hay 4 que son características por su empleo y uso tanto para el uso doméstico como el uso en talleres, éste en especial:
· Duraluminio (aluminio y cobre) que se emple para sartenes, bicicletas, automóviles. · Aleación de aluminio y magnesio, empleado en la aeronáutica y automoción. · Aleación de aluminio, cobre y silicio, empleado para obtener piezas de moldeo por inyección. · Alnico (aluminio, níquel y cobalto). Con ello se fabrican potentes imanes.
También el recubrimiento de aluminio puro en polvo para automóviles es muy práctico ya que protege bien de la intemperie.
Bauxita
Tubos de aluminio
-Plomo (Pb)- Propiedades
El plomo es un metal pesado , de color azuloso, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico, se funde con facilidad, se funde a 327.4 ºC y hierve a 1725 ºC . ·Resistente al ataque de los ácidos sulfúrico y clorhídrico. Pero se disuelve con lentitud en ácido nítrico y vapor de azufre.·Maleable y blando·Se oxida fácilmente·Muy tóxico, por lo que se hace controles de seguridad para la regulación de plomo trabajado en la industria.
El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena(PbS). Otros minerales de importancia comercial son los carbonatos (cerusita, PbCO3) y los sulfatos ( anglesita, PbSO4).
Los fosfatos (piromorfita, Pb5Cl(PO4)3), los vanadatos (vanadinita, Pb5Cl(VO4)3), los arsiniatos (mimelita Pb5Cl(AsO4)3), los cromatos (crocoita , PbCrO4) y los molibdatos (vulferita ,PbMoO4), los wolframatos (stolzita, PbWO4) son mucho menos abundantes.
También se encuentra plomo en varios minerales de uranio y de torio, ya que proviene directamente de la desintegración radioactiva (decaimiento radiactivo).
Los minerales comerciales pueden contener tan poco plomo como el 3%, pero lo más común es un contenido de poco más o menos del 10%.
Aplicacaciones Industrialmente, sus compuestos más importantes son los óxidos de plomo y el tetraetilo de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. ·Usado para fabricar pintura al minio (PbO). ·Recubrimiento de baterías y protector de radiaciones nucleares. ·El uso más amplio del plomo, como tal, se encuentra en la fabricación de acumuladores. · Fabricación de forros para cables de teléfono y televisión ya que la ductibilidad única del plomo lo hace particularmente apropiado para esta aplicación, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductores internos. ·Elementos de construcción, pigmentos, soldadura suave y municiones. ·Se están desarrollando compuestos organoplúmbicos para aplicaciones como la protección de la madera contra el ataque de los barrenillos y hongos marinos agentes reductores del desgaste en los lubricantes e inhibidores de la corrosión para el acero. ·Merced a su excelente resistencia a la corrosión, el plomo encuentra un amplio uso en la construcción, en particular en la industria química. Es resistente al ataque por parte de muchos ácidos, porque forma su propio revestimiento protector de óxido. Como consecuencia de esta característica ventajosa, el plomo se utiliza mucho en la fabricación y el manejo del ácido sulfúrico.
Plomo (Pb)
-Titanio (Ti)- Es abundante en la corteza terrestre puesto que es un componente de la mayoría de las rocas volcánico donde contienen hierro.
1.-Mecánicas: · Posee un gran maquinabilidad.· Maleable.· Dúctil.· Bastante duro.· Resistente a la tracción.· Muy tenaz. 2.- Químicas: · Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada fase alfa. Por encima de 882 °C presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc) se conoce como fase beta.
· La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos, también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el N2, el O2, el H2 y otros no metales.
Aplicaciones · Fabricación de estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, transbordadores espaciales, satélites...). · Fabricación de herramientas de corte (nitrato de titanio). · Construcción de aletas para turbinas (TiC). · Fabricación de pinturas antioxidantes (Ti2O3 y TiO2).
Titanio cromado
-Cobalto (Co)-
Se encuentra distribuido con amplitud en la naturaleza y forma, aproximadamente, el 0.001% del total de las rocas ígneas de la corteza terrestre, en comparación con el 0.02% del níquel. PropiedadesEl cobalto y sus aleaciones son resistentes al desgaste y a la corrosión, aun a temperaturas elevadas. Entre sus aplicaciones comerciales más importantes están; la preparación de aleaciones para uso a temperaturas elevadas, aleaciones magnéticas, aleaciones para máquinas y herramientas, sellos vidrio a metal y la aleación dental y quirúrgica llamada vitallium. El cobalto es ferromagnético y se parece al hierro y al níquel, en su dureza, resistencia a la tensión, capacidad de uso en maquinaria, propiedades térmicas y comportamiento electroquímico. Al metal no lo afectan el agua ni el aire en condiciones normales, y lo atacan con rapidez el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico y el ácido nítrico; pero el ácido fluorhídrico, el hirdróxido de amonio y el hidróxido de sodio lo atacan lentamente. El cloruro, nitrato y sulfato de cobalto(II) se forman por la interacción del metal, óxido, hidróxido o carbonato con el ácido correspondiente. Hay tres óxidos principales de cobalto: el cobaltoso gris, CoO; el cobáltico negro, Co2O3, formado al calentar compuestos a baja temperatura en exceso de aire, y el cobaltósico, Co3O4, el óxido estable, que se forma cuando las sales se calientan al aire a temperaturas que no excedan de 850ºC . Las sales más comunes de cobalto son derivados del cobalto(II). Aplicaciones
· Su isótopo radiactivo producido artificialmente, cobalto-60, se utiliza mucho en la industria, la investigación y la medicina.· Se usa para crear imanes de alta potencia (normalmente el cobalto se halla mezclado con otros metales (aleado)).· Electrodos de baterías eléctricas.· Pigmentos (verde y azul).· Cables de aceros de neumáticos.· Secante de pintura· Turbinas de aviación de gas. -Níquel (Ni)- Propiedades El níquel es un metal duro, blanco plateado, dúctil y maleable. El níquel es un elemento bastante abundante, constituye cerca de 0.008% de la corteza terrestre y 0.01% de las rocas ígneas. Dos minerales importantes son los sulfuros de hierro y níquel, pentlandita y pirrotita (Ni, Fe)xSy; el mineral garnierita, (Ni, Mg)SiO3· n H2O), también es importante en el comercio. El níquel metálico es fuerte y duro. Cuando está finamente dividido, es de color negro.; se funde a 1455ºC y hierve a 2840ºC .
Aplicaciones
·El níquel finamente dividido se emplea como catalizador de hidrogenación.
·La mayor parte del níquel comercial se emplea en el acero inoxidable y otras aleaciones resistentes a la corrosión.
·También es importante en monedas como sustituto de la plata (cuproníquel).
· Recubridor de metales mediante la electrólisis.
· Fabricación de máquinas en la industria química.
Níquel
-Magnesio (Mg)- Se puede encontrar en minerales como la carnalita (KMgCl3 · 6 H20) el cual es el mas empleado. También se halla en la dolomita [CaMg(CO3)2] y en la magnesita (MgCO3) .Propiedades · Muy inflamable en estado líquido o cuando el mineral se encuentra pulverizado.· Tiene un color blanco plateado.· Maleable y dúctil.· Resistencia > Aluminio. Respecto a las aleaciones, hay dos tipos: Para forjar: Para fundir: 1.- Magnam (magnesio y manganeso).2.- Magzin (magnesio y cinc). 1.- Fumagcin (magnesio y cinc).3.- Magal (magnesio y aluminio). 2.- Fumagal (magnesio y aluminio).
Magnesio
AplicacionesPese que sus aplicaciones y usos sean poco empleados; no obstante, se emplea en la aeronáutica, en la pirotecnia para la fabricación de productos pirotécnicos y como desoxidante en los talleres de fundición del acero. -Medio ambiente, salud y reciclaje- Los impactos ambientales principales de la producción de aluminio incluyen la producción del lodo rojo (una mezcla de arcillas y soda cáustica, altamente corrosiva), emisiones de la quema de combustibles, emisiones del proceso de electrólisis del aluminio, y corrientes de desechos líquidos y lechadas. El lodo rojo puede degradar las aguas superficiales. Las emisiones emanadas de la planta de electrólisis contienen hidro fluoruro, un gas extremadamente corrosivo y peligroso, y monóxido de carbono.
La producción electrometalúrgica directa de ferro níquel producirá monóxido de carbono y pequeñas emisiones de gases azufrados. Los procesos piro metalúrgicos producen metal y emiten gases con una alta concentración de vapores tóxicos. Los gases pueden contener dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Los efluentes provienen del lavado de gases, y del enfriamiento con agua del metal y escoria del convertidor, de los hornos, de reducción, etc. Los desechos sólidos son escoria, sólidos de los pozos de enfriamiento, y lodos producidos durante el tratamiento de los desechos. Si se utiliza el proceso de carbonilo, se forma, como producto intermedio, níquel carbonilo, que es un gas muy venenoso. Los gases de la fundición y refinación de cobre contienen dióxido de azufre y partículas. Se debe recuperar el dióxido de azufre y utilizarlo para producir ácido sulfhídrico.
Los contaminantes atmosféricos que emite el procesamiento de plomo son: partículas, dióxido de azufre, arsénico, antimonio, y cadmio procedentes de la planta de calcinación. Hay que recuperar, en la planta de ácido sulfhídrico, la corriente muy concentrada de dióxido de azufre que sale del horno alto. Las partículas que tengan una elevada concentración de plomo deben ser removidas en los filtros o lavadores.
Las emisiones del proceso piro metalúrgico de cinc contienen dióxido de azufre, arsénico, plomo y cadmio. Se recupera el dióxido de azufre mediante la producción de ácido sulfúrico. Un componente importante de los gases del horno de reducción es monóxido de carbono. Los vapores de cinc no condensados se lavan y se devuelven al proceso de refinación. El proceso electrometalúrgico de cinc produce las mismas emisiones atmosféricas, con la adición ocasional de mercurio (que se elimina con un lavador). Los efluentes de los lavadores, purgación de la planta de ácido, y unidades de lixiviación, pueden contener los mismos elementos que las emisiones atmosféricas.
Emisiones atmosféricas La producción de aluminio de alúmina, mediante electrólisis, causa emisiones atmosféricas de fluoro; éstas contienen gases que pueden ser muy perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana. Estas emisiones requieren monitoreo cuidadoso. Normalmente, se lavan en seco con polvo de alúmina, y esto elimina la mayor parte del fluoruro. El resto tiene que ser removido con un lavado húmedo y alcalino.
En la mayoría de las plantas se recupera el gas de dióxido de azufre producido durante la calcinación de los minerales azufrados; éste se limpia y se utiliza como materia prima para la producción de ácido sulfúrico. El proceso empleado para limpiarlo produce efluentes con arsénico, selenio y sales metálicos tóxicos, que no pueden ser vertidos a los ríos, sino que requieren tratamiento para eliminar estos elementos.
Proceso de obtención
El mineral de estaño más destacado es la casiterita donde el estaño se encuentra en forma de óxido (SnO2). La casiterita pasa por un proceso para obtener el estaño:
1.- La casiterita se tritura y se muele y se en un cuba de agua donde se agita. Por decantación el estaño que es más pesado se filtra y se se separa de la ganga.
2.- Luego es introducido en horno para que los sulfuros de estaño (SnSx) se conviertan en óxidos del mineral (SnOx).
3.- Obtenida ya la mena, ésta pasa por un horno reverbero donde el óxido de estaño pasa a estaño (reducción).
4.- Finalmente, para conseguir un pureza del 99% de Sn, se somete a un proceso electrolítico.
Propiedades
Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Además, es frágil y quebradizo.
Por debajo de los - 18 ºC empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris (peste del estaño). El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 °C, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 °C.
Usos
-Cobre (Cu)-
Métodos de obtención
Los minerales más destacados del cobre están en forma de sulfuros [calcopirita (CuFeS2) y calcosina(Cu2S)] o en forma de óxidos [malaquita (Cu2CO2(OH)2/Dihidroxido de carbonato de cobre (II)) y cuprita (Cu2O)]. Hay dos métodos para obtener cobre: o por vía seca o húmeda
1.- Vía seca: es el más empleado. Se escoge mineral de cobre de pureza > 10%. Es un proceso muy similar al de estaño.
1.- El mineral de cobre se tritura y se despedaza en un trituradora que, posteriormente, será pulverizado en un molino de bolas.
2.- Luego, se separa la mena de la ganga introduciendo el mineral ya pulverizado dentro de una cuba de agua donde se agita. El mineral se filtra y se separa de la ganga.
3.- Luego se introduce un horno donde solamente se oxidará el hierro, no el cobre.
4.- Al final, se introduce en un horno reverbero donde se funde. Luego se le añade fundente (sílice y cal) para que reaccione con el azufre y el óxido de hierro y forme escoria. Finalmente, se consigue cobre en bruto de pureza 40%.
*.- Si se quiere obtener cobre de pureza > 99,5% , hay que someter el cobre en bruto a un proceso electrolítico.
2.- Vía húmeda: se emplea donde el mineral de cobre tenga un pureza < 10%.
1.- Se tritura el mineral.
2.- Se le añade ácido sulfúrico (H2SO4) una vez triturado.
3.- Por último, el mineral pasa por un proceso electrolítico donde, finalmente, se obtiene el cobre.
Propiedades
· Es muy dúctil y también son muy maleables ( se puede conseguir hasta láminas de 0,02 mm de espesor).
· Puesto que es un metal, posee una alta conductividad eléctrica y térmica.
La adición de otros metales no ferrosos al cobre le hace mejorar sus propiedades mecánica y de resistencia ante la oxidación. No obstante, eso conlleva a un ligero empeoramiento de sus propiedades de conductividad (eléctrica y térmica).
Aplicaciones (aleaciones)
· En la aleación de cobre y estaño se consigue bronce.
· En la aleación de cobre y cinc se consigue latón que se emplea en la tornillería.
Estos dos tipos de aleaciones puede ser tanto ordinarios y comunes o especiales*, donde el cobre, en este caso, se usa para esculturas y cables y, en el latón, para grifos y tuercas; también, tornillos.
* Este tipo de aleación son las que lleva la componentes más básico de la mezcla pero también llevan otros elementos químicos.
· En la aleación de cobre y aluminio se obtiene cuproaluminio. Se crea con ello hélices y turbinas.
· En la aleación de cobre, níquel y cinc se obtiene alpaca. Se emplea en joyería y en la fabricación de utensilios.
· En la aleación de cobre y níquel (40%- 50%) se obtiene cuproníquel. Se emplea para la fabricación de monedas.
Proceso de obtención
Los elementos donde hay una mayor cantidad de cinc en la naturaleza se encuentra en minerales como:
· La blenda: es un mezcla de sulfuro de cinc (ZnS) y sulfuro de plomo (PbS). La pureza de cinc en el mineral es 40%-50%.
· La calamina: contiene carbonato de cinc (ZnCO3) y silicato de cinc (Zn2SiO4), donde la pureza Zn < 40%.
Hay 2 procesos donde se puede obtener el cinc casi puro:
· Vía seca: para un concentración molar > 10%
1.- Se tritura el mineral y pasa por un proceso de calcinación, en este último proceso se elimina la concentración de azufre en forma de óxido.
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
2.- Luego se la añade carbono dentro de un horno de mufla para quitar el oxígeno que forma con el carbono dióxido de carbono para que pase la siguiente reacción: 2 ZnO + C → 2 Zn + CO2
La riqueza de cinc obtenida es de un 98%.
· Vía húmeda: para un concentración molar < 10%.
1.- En primer lugar, se tritura el mineral sin pasar por ningún tipo de proceso.
2.- Después, se le añade ácido sulfúrico (H2SO4) donde se obtiene sulfato de cinc (ZnSO4) más impurezas (Pb, Cu, Fe).
3.- Finalmente, sulfato de cinc se somete posteriormente a electrólisis con ánodo de plomo y cátodo de aluminio sobre el cual se deposita el zinc formando placas de algunos milímetros de espesor que se retiran cada cierto tiempo. Como a resultado, los cátodos obtenidos se funden y se cuela el metal para su comercialización.
Propiedades
· 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 junto con el cadmio (α = 3 · 10-5).· Quebradizo a temperatura ambiente. Muy maleable a 100-150 ºC.
Aplicaciones
En aleaciones como latones (cobre y zinc) es capaz de sustituir al cobre como material para herramientas y utensilios debido que el cinc es más barato que el estaño.
En la alpaca (cobre, níquel y cinc) se utiliza en joyería y el zamak (aluminio, cobre y cinc) para la mecánica.Su usa mucha también para el recubrimiento de piezas, donde hay procesos de diversas maneras como el galvanizado donde puede ser electrolítico o en caliente, metalizado o el proceso de sherandización. Muy común es encontrarlo en forma de óxido en desodorantes y bronceadores; también en pegamentos.
-Aluminio (Al)-
Proceso de obtención
El aluminio es el metal más abundante en la naturaleza (constituye un 8% en abundancia natural en la Tierra). Sin embargo, se halla en forma de hidróxidos u óxidos, etc. El mineral más explotado para extraer aluminio es la bauxita [donde el mayor componente del mineral es alúmina que es óxido de aluminio (Al2O3)].
El proceso empleado para la extracción de aluminio es el método Bayer, el cual es muy económico y rentable.
1.- Trituración y pulverización de la bauxita.
2.- Adición de sosa cáustica [hidróxido de sodio (NaOH)] con la bauxita ya pulverizada en agua caliente dentro de un mezclador donde tiene lugar la disolución de la bauxita en la sosa. A estar sometida a elevadas temperaturas debida al agua también estará sometida a elevada presión.
3.- En un decantador tiene lugar la separación residuos sólidos en forma de óxidos.
4.- En un intercambiador de agua se enfría la disolución.
5.- Una vez diluida, se filtra la sosa con que obtenemos óxido de aluminio, es decir, alúmina.
6.- El óxido de aluminio tiene un punto de fusión muy alto (2000 ºC). No se puede someter a una electrolisis directa; es necesario diluirlo en criolita [que es fluoruro de sodio y aluminio (Na3AlF6)] donde se consigue una mezcla eutéctica con un punto de fusión de 900 ºC. En una cuba con electrodos de carbono donde pasa al proceso electrolítico, en el cual obtenemos aluminio de riqueza > 99,5%.
Nótese que para 5 t de bauxita, 1/4 t de cal y 1/3 t de sosa conseguimos 2 t de alúmina que con 1/20 t de criolita se obtiene 1 t de aluminio, donde se requiere en la última reacción una energía eléctrica de 17-24 MWh. Esto hace que el método Bayer sea uno de los más caros.
Propiedades
· Muy ligero e inoxidable; es el metal ligero.· Tiene un gran conductividad eléctrica y térmica, una propiedad común de los metales.· Es extremadamente maleable y dúctil.
Usos y aplicaciones
· Debido a su gran ductiblidad se usa para fabricar alambres y derivados.
· A causa de su maleabilidad se utiliza para fabricar papel de aluminio para envoltorios y láminas.
· Puesto a su ligereza y gran conductividad eléctrica, se emplea para cables de alta tensión.
· Se aplica también para la fabricación de chapas, perfiles y barras de diferentes secciones.
Respecto a sus aleaciones, hay 4 que son características por su empleo y uso tanto para el uso doméstico como el uso en talleres, éste en especial:
· Duraluminio (aluminio y cobre) que se emple para sartenes, bicicletas, automóviles.
· Aleación de aluminio y magnesio, empleado en la aeronáutica y automoción.
· Aleación de aluminio, cobre y silicio, empleado para obtener piezas de moldeo por inyección.
· Alnico (aluminio, níquel y cobalto). Con ello se fabrican potentes imanes.
También el recubrimiento de aluminio puro en polvo para automóviles es muy práctico ya que protege bien de la intemperie.
-Plomo (Pb)-
Propiedades
El plomo es un metal pesado , de color azuloso, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico, se funde con facilidad, se funde a 327.4 ºC y hierve a 1725 ºC .
·Resistente al ataque de los ácidos sulfúrico y clorhídrico. Pero se disuelve con lentitud en ácido nítrico y vapor de azufre.·Maleable y blando·Se oxida fácilmente·Muy tóxico, por lo que se hace controles de seguridad para la regulación de plomo trabajado en la industria.
El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena(PbS). Otros minerales de importancia comercial son los carbonatos (cerusita, PbCO3) y los sulfatos ( anglesita, PbSO4).
Los fosfatos (piromorfita, Pb5Cl(PO4)3), los vanadatos (vanadinita, Pb5Cl(VO4)3), los arsiniatos (mimelita Pb5Cl(AsO4)3), los cromatos (crocoita , PbCrO4) y los molibdatos (vulferita ,PbMoO4), los wolframatos (stolzita, PbWO4) son mucho menos abundantes.
También se encuentra plomo en varios minerales de uranio y de torio, ya que proviene directamente de la desintegración radioactiva (decaimiento radiactivo).
Los minerales comerciales pueden contener tan poco plomo como el 3%, pero lo más común es un contenido de poco más o menos del 10%.
Aplicacaciones
Industrialmente, sus compuestos más importantes son los óxidos de plomo y el tetraetilo de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones.
·Usado para fabricar pintura al minio (PbO).
·Recubrimiento de baterías y protector de radiaciones nucleares.
·El uso más amplio del plomo, como tal, se encuentra en la fabricación de acumuladores.
· Fabricación de forros para cables de teléfono y televisión ya que la ductibilidad única del plomo lo hace particularmente apropiado para esta aplicación, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductores internos.
·Elementos de construcción, pigmentos, soldadura suave y municiones.
·Se están desarrollando compuestos organoplúmbicos para aplicaciones como la protección de la madera contra el ataque de los barrenillos y hongos marinos agentes reductores del desgaste en los lubricantes e inhibidores de la corrosión para el acero.
·Merced a su excelente resistencia a la corrosión, el plomo encuentra un amplio uso en la construcción, en particular en la industria química. Es resistente al ataque por parte de muchos ácidos, porque forma su propio revestimiento protector de óxido. Como consecuencia de esta característica ventajosa, el plomo se utiliza mucho en la fabricación y el manejo del ácido sulfúrico.
-Titanio (Ti)-
Es abundante en la corteza terrestre puesto que es un componente de la mayoría de las rocas volcánico donde contienen hierro.
1.-Mecánicas:
· Posee un gran maquinabilidad.· Maleable.· Dúctil.· Bastante duro.· Resistente a la tracción.· Muy tenaz.
2.- Químicas:
· Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada fase alfa. Por encima de 882 °C presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc) se conoce como fase beta.
· La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos, también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el N2, el O2, el H2 y otros no metales.
Aplicaciones
· Fabricación de estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, transbordadores espaciales, satélites...).
· Fabricación de herramientas de corte (nitrato de titanio).
· Construcción de aletas para turbinas (TiC).
· Fabricación de pinturas antioxidantes (Ti2O3 y TiO2).
-Cobalto (Co)-
Se encuentra distribuido con amplitud en la naturaleza y forma, aproximadamente, el 0.001% del total de las rocas ígneas de la corteza terrestre, en comparación con el 0.02% del níquel.
PropiedadesEl cobalto y sus aleaciones son resistentes al desgaste y a la corrosión, aun a temperaturas elevadas. Entre sus aplicaciones comerciales más importantes están; la preparación de aleaciones para uso a temperaturas elevadas, aleaciones magnéticas, aleaciones para máquinas y herramientas, sellos vidrio a metal y la aleación dental y quirúrgica llamada vitallium.
El cobalto es ferromagnético y se parece al hierro y al níquel, en su dureza, resistencia a la tensión, capacidad de uso en maquinaria, propiedades térmicas y comportamiento electroquímico. Al metal no lo afectan el agua ni el aire en condiciones normales, y lo atacan con rapidez el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico y el ácido nítrico; pero el ácido fluorhídrico, el hirdróxido de amonio y el hidróxido de sodio lo atacan lentamente.
El cloruro, nitrato y sulfato de cobalto(II) se forman por la interacción del metal, óxido, hidróxido o carbonato con el ácido correspondiente. Hay tres óxidos principales de cobalto: el cobaltoso gris, CoO; el cobáltico negro, Co2O3, formado al calentar compuestos a baja temperatura en exceso de aire, y el cobaltósico, Co3O4, el óxido estable, que se forma cuando las sales se calientan al aire a temperaturas que no excedan de 850ºC . Las sales más comunes de cobalto son derivados del cobalto(II).
Aplicaciones
· Su isótopo radiactivo producido artificialmente, cobalto-60, se utiliza mucho en la industria, la investigación y la medicina.· Se usa para crear imanes de alta potencia (normalmente el cobalto se halla mezclado con otros metales (aleado)).· Electrodos de baterías eléctricas.· Pigmentos (verde y azul).· Cables de aceros de neumáticos.· Secante de pintura· Turbinas de aviación de gas.
-Níquel (Ni)-
Propiedades
El níquel es un metal duro, blanco plateado, dúctil y maleable.
El níquel es un elemento bastante abundante, constituye cerca de 0.008% de la corteza terrestre y 0.01% de las rocas ígneas. Dos minerales importantes son los sulfuros de hierro y níquel, pentlandita y pirrotita (Ni, Fe)xSy; el mineral garnierita, (Ni, Mg)SiO3· n H2O), también es importante en el comercio.
El níquel metálico es fuerte y duro. Cuando está finamente dividido, es de color negro.; se funde a 1455ºC y hierve a 2840ºC .
Aplicaciones
·El níquel finamente dividido se emplea como catalizador de hidrogenación.
·La mayor parte del níquel comercial se emplea en el acero inoxidable y otras aleaciones resistentes a la corrosión.
·También es importante en monedas como sustituto de la plata (cuproníquel).
· Recubridor de metales mediante la electrólisis.
· Fabricación de máquinas en la industria química.
-Magnesio (Mg)-
Se puede encontrar en minerales como la carnalita (KMgCl3 · 6 H20) el cual es el mas empleado. También se halla en la dolomita [CaMg(CO3)2] y en la magnesita (MgCO3) .Propiedades
· Muy inflamable en estado líquido o cuando el mineral se encuentra pulverizado.· Tiene un color blanco plateado.· Maleable y dúctil.· Resistencia > Aluminio.
Respecto a las aleaciones, hay dos tipos:
Para forjar: Para fundir:
1.- Magnam (magnesio y manganeso).2.- Magzin (magnesio y cinc). 1.- Fumagcin (magnesio y cinc).3.- Magal (magnesio y aluminio). 2.- Fumagal (magnesio y aluminio).
AplicacionesPese que sus aplicaciones y usos sean poco empleados; no obstante, se emplea en la aeronáutica, en la pirotecnia para la fabricación de productos pirotécnicos y como desoxidante en los talleres de fundición del acero.
-Medio ambiente, salud y reciclaje-
Los impactos ambientales principales de la producción de aluminio incluyen la producción del lodo rojo (una mezcla de arcillas y soda cáustica, altamente corrosiva), emisiones de la quema de combustibles, emisiones del proceso de electrólisis del aluminio, y corrientes de desechos líquidos y lechadas. El lodo rojo puede degradar las aguas superficiales.
Las emisiones emanadas de la planta de electrólisis contienen hidro fluoruro, un gas extremadamente corrosivo y peligroso, y monóxido de carbono.
La producción electrometalúrgica directa de ferro níquel producirá monóxido de carbono y pequeñas emisiones de gases azufrados. Los procesos piro metalúrgicos producen metal y emiten gases con una alta concentración de vapores tóxicos.
Los gases pueden contener dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Los efluentes provienen del lavado de gases, y del enfriamiento con agua del metal y escoria del convertidor, de los hornos, de reducción, etc. Los desechos sólidos son escoria, sólidos de los pozos de enfriamiento, y lodos producidos durante el tratamiento de los desechos. Si se utiliza el proceso de carbonilo, se forma, como producto intermedio, níquel carbonilo, que es un gas muy venenoso.
Los gases de la fundición y refinación de cobre contienen dióxido de azufre y partículas. Se debe recuperar el dióxido de azufre y utilizarlo para producir ácido sulfhídrico.
Los contaminantes atmosféricos que emite el procesamiento de plomo son: partículas, dióxido de azufre, arsénico, antimonio, y cadmio procedentes de la planta de calcinación. Hay que recuperar, en la planta de ácido sulfhídrico, la corriente muy concentrada de dióxido de azufre que sale del horno alto. Las partículas que tengan una elevada concentración de plomo deben ser removidas en los filtros o lavadores.
Las emisiones del proceso piro metalúrgico de cinc contienen dióxido de azufre, arsénico, plomo y cadmio. Se recupera el dióxido de azufre mediante la producción de ácido sulfúrico. Un componente importante de los gases del horno de reducción es monóxido de carbono. Los vapores de cinc no condensados se lavan y se devuelven al proceso de refinación. El proceso electrometalúrgico de cinc produce las mismas emisiones atmosféricas, con la adición ocasional de mercurio (que se elimina con un lavador). Los efluentes de los lavadores, purgación de la planta de ácido, y unidades de lixiviación, pueden contener los mismos elementos que las emisiones atmosféricas.
Emisiones atmosféricas
La producción de aluminio de alúmina, mediante electrólisis, causa emisiones atmosféricas de fluoro; éstas contienen gases que pueden ser muy perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana. Estas emisiones requieren monitoreo cuidadoso. Normalmente, se lavan en seco con polvo de alúmina, y esto elimina la mayor parte del fluoruro. El resto tiene que ser removido con un lavado húmedo y alcalino.
En la mayoría de las plantas se recupera el gas de dióxido de azufre producido durante la calcinación de los minerales azufrados; éste se limpia y se utiliza como materia prima para la producción de ácido sulfúrico. El proceso empleado para limpiarlo produce efluentes con arsénico, selenio y sales metálicos tóxicos, que no pueden ser vertidos a los ríos, sino que requieren tratamiento para eliminar estos elementos.
Desechos sólidos
En la producción de aluminio se produce una gran cantidad de lodo rojo que tiene que ser eliminado. Este material no puede ser descargado en los ríos, sino que tienen que ser almacenado en tierra de tal manera que el escurrimiento o el lixiviado no puedan contaminar los ríos o agua. En general, el método más recomendado y el que se emplea con más frecuencia en los proyectos, consiste en represar el material dentro de una área forrada y con diques. El agua de las piscinas de asentamiento y las áreas represadas puede ser devuelta al proceso luego de tratamiento.Los desechos sólidos provenientes de la producción de la mayoría de los otros metales no ferrosos contienen materiales reutilizables, y se debe considerar reciclaje, al diseñar las medidas que se emplearán para eliminarlos. Constituye un problema serio el lodo de las plantas de plomo, porque puede contener fuertes concentraciones de metales tóxicos.
Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Esta%C3%B1o
http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio
http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre
http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquel-Lat%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Magnesio
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/pb.htm
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/co.htm
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ti.htm
http://www.iestiemposmodernos.com/depart/dtec/Recursos/metalesnoferrosos.pdf
Tecnología Industrial 1º Bachillerato: Ed. McGraw Hill - Tema 10: Metales no ferrosos.