Propiedades tales como bajo peso específico, poca o nula oxidación en condiciones ambientales normales, así como una fácil manipulación, han contribuido a que los materiales no ferrosos tengan una gran importancia en la fabricación de gran cantidad de productos.
Las aleaciones de productos no ferrosos son extensamente utilizadas en nuestro quehacer diario. Van desde monedas (fabricadas con aleaciones de cobre, níquel y aluminio) hasta filamentos de bombillas (de wolframio), pasando por componentes electrónicos soldados mediante estaño, grifos recubiertos de cromo, etcétera.
Aunque los productos ferrosos todavía siguen siendo los metales más utilizados en la actualidad, el resto de metales, es decir, los metales no férreos, son cada día más imprescindibles y se emplean cada vez más en la industria para la fabricación de multitud de productos.
Los metales no ferrosos se pueden clasificar, según su peso específico, en pesados, ligeros y ultraligeros:
En general, los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales.
Los metales no ferrosos, ordenados de mayor a menor utilización, son: cobre (y sus aleaciones), aluminio, estaño, plomo, cinc, níquel, cromo, titanio y magnesio.
Se trata de un metal bastante escaso en la corteza terrestre. Afortunadamente, se suele encontrar concentrado en minas, aunque la riqueza suele ser bastante baja (del orden del 0,02%).
El mineral de estaño más explotado es la casiterita(ver imágen inferior) , en el que este metal se encuentra en forma de óxido (SnO2).
Las características principales del estaño son las siguientes:
El estaño puro tiene un color muy brillante. A temperatura ambiente se oxida y pierde el brillo exterior.
• A temperatura ambiente es muy maleable y blando, y pueden obtenerse hojas de papel de estaño de algunas décimas de milímetro de espesor. Sin embargo, en caliente es frágil y quebradizo. • Por debajo de –18 °C empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris. A este proceso se le conoce como enfermedad o peste del estaño. • Cuando se dobla se oye un crujido denominado grito del estaño.
Las aleaciones principales de estaño son: • Bronce. Es un aleación de cobre y estaño.
• Soldaduras blandas. Son aleaciones de plomo y estaño con proporciones de estaño entre el 25 y el 90 %.
• Aleaciones de bajo punto de fusión. Las más importantes son:
– Darcet (25 % Sn + 25 % Pb + 50 % Bi), que funde a los 97 °C. – Cerrolow (8,3 % Sn + 22,6 % Pb + 44,7 % Bi + 5,3 % Cd + 19,1 % In), que funde a los 47 °C.
Una de las aplicaciones más importantes del estaño es la fabricación de hojalata (imagen inferior). Consiste en recubrir una chapa de acero con dos capas muy finas de estaño puro. El estaño protege al acero contra la oxidación.
El proceso de obtención del estaño es el siguiente (véase la imágen inferior):
• La casiterita se tritura (1) y muele (2) en molinos adecuados. Luego se introduce en una cuba con agua (3), en la que se agita. Por decantación, el mineral de estaño (que es más pesado) se va al fondo y se separa de la ganga.
• Posteriormente se introduce en un horno (4), donde se oxidan los posibles sulfuros de estaño que hay en el mineral y se transforman en óxidos.
• La mena de estaño, en forma de óxido, se introduce en un horno de reverbero (5), donde se produce la reducción (transformación de óxido de estaño a estaño), depositándose el estaño en la parte inferior y la escoria en la superior.
• Finalmente, para obtener un estaño con porcentaje del 99 %, es necesario someterlo a un proceso electrolítico (6).
Los minerales de cobre más utilizados en la actualidad se encuentran en forma de cobre nativo, sulfuros (calcopirita y calcosina) y óxidos (malaquita y cuprita) (imágen inferior).
Las características del cobre son las siguientes:
• Es muy dúctil (se obtienen hilos muy finos) y maleables (pueden formarse láminas hasta de 0,02 mm de espesor). • Posee una alta conductividad eléctrica y térmica.
Existen dos métodos de obtención del cobre: por vía seca y por vía húmeda.
• Proceso de obtención del cobre por vía seca.
Se utiliza cuando el contenido de cobre supera el 10 %. En caso contrario, será necesario un enriquecimiento o concentración. Es el proceso que más se emplea y es análogo al usado para el estaño. Las fases del proceso pueden verse en la imagen inferior.
a) El mineral de cobre (1) se introduce en la trituradora o machacadora (2). Luego se pasa por un molino de bolas (3) con objeto de pulverizarlo. Este molino consta de un cilindro con agujeros muy finos, por donde saldrá el mineral pulverizado, y unas bolas de acero que giran libremente cuando lo hace el cilindro.
b) Para separar la mena de la ganga, se introduce el mineral en polvo en un depósito lleno de agua (4) y se agita. El mineral, más pesado, se irá al fondo, mientras que la ganga flotará y se sacará por arriba.
c) El mineral concentrado se llevará a un horno (5), donde se oxidará parcialmente. El objetivo es oxidar el hierro presente, pero no el cobre. Actualmente se suele colocar en una cinta transportadora metálica que se mueve lentamente al mismo tiempo que se calienta la mena. De esta manera se consigue separar el hierro del cobre.
d) A continuación se introduce todo en un horno de reverbero (6), donde se funde. Se le añade fundente (sílice y cal) para que reaccione con el azufre y el óxido de hierro y forme la escoria. El cobre aquí obtenido tiene una pureza aproximada del 40 % y recibe el nombre de cobre bruto o cobre blíster. Si se quiere obtener un cobre de pureza superior al 99,9 % (9), es necesario un refinado electrolítico en la cuba (8).
• Proceso de obtención del cobre por vía húmeda.
Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral es inferior al 10 %. El procedimiento consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego, mediante un proceso de electrólisis, se obtiene el cobre.
La adición de otros metales no ferrosos al cobre mejora sustancialmente sus propiedades mecánicas y de resistencia a la oxidación, aunque empeora ligeramente su conductividad eléctrica y calorífica. Las aleaciones más usadas son: bronce, latón, cuproaluminio, alpaca y cuproníquel (véase en la imagen inferior).
Aqui vemos un video de el proceso de extracción del cobre:
Es conocido desde la más remota antigüedad, pero no se consiguió aislarlo de otros elementos, por lo que no se obtuvo en estado puro hasta el siglo XVII. Los minerales más empleados en la extracción del cinc son la blenda (1ª imagen) y la calamina (2ªimagen).
El cinc posee, fundamentalmente, las siguientes características:
• Es muy resistente a la oxidación y corrosión en el aire y en el agua, pero poco resistente al ataque de ácidos y sales. • Tiene el mayor coeficiente de dilatación térmica de todos los metales. • A temperatura ambiente es quebradizo, pero entre 100 y 150 °C es muy maleable.
Al igual que ocurría con el cobre, dependiendo de la concentración del mineral de cinc se emplean dos procedimientos de obtención: vía seca (concentraciones mayores del 10 %) y vía húmeda (concentraciones inferiores al 10 %) (véanse la primera y segunda imagen respectivamente, respectivamente).
Las presentaciones comerciales del cinc más usuales suelen ser las siguientes: en forma de aleación, en estado puro (láminas o chapas de diferente espesor), como recubrimiento de piezas de metal y en forma de óxido.
Se empieza a utilizar, aproximadamente, en el año 5000 a.C., adquiriendo gran importancia durante el periodo romano y a partir del siglo XIX. El mineral de plomo más empleado es la galena, que está compuesta de sulfuro de plomo (imágen inferior).
El plomo posee las siguientes características:
• Es muy maleable y blando. • De color grisáceo-blanco muy brillante cuando está recién cortado. Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato básico que lo autoprotege. • Resiste bien a los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre.
Por su capacidad de resistir bien a los agentes atmosféricos y químicos, el plomo tiene multitud de aplicaciones, tanto en estado puro como formando aleaciones. Las más importantes son:
• En estado puro:
– Óxido de plomo. Usado para fabricar pinturas al minio (antioxidantes). – Tuberías. Está prácticamente en desuso. – Recubrimiento de baterías, protección de radiaciones nucleares (rayos X), etcétera.
• Formando aleación:
– Soldadura blanda, a base de plomo y estaño, empleado como material de aportación.
La obtención del plomo consta básicamente de cuatro fases: enriquecimiento, oxidación de los sulfuros, reducción del monóxido de plomo y afinado del plomo (tabla inferior).
Además de los metales no ferrosos estudiados anteriormente, existen otros, entre los que cabe resaltar: cromo, níquel, wolframio o tungsteno y cobalto (ver imágen inferior).
