MATERIALES PARA INGENIERIA

MATERIALES PARA INGENIERIA
1. EL ALUMINIO
Es uno de los elementos metálicos más abundantes de la corteza
terrestre(8,13%). La única mena del aluminio es la bauxita, que es un óxido
hidratado de aluminio mezclado con óxido de hierro y otros materiales. Puede
llegar a contener un 65% de riqueza.
PROCESO DE OBTENCIÓN
Se convierte en polvo la bauxita mediante un proceso de molienda. Después se
mezcla con cal,sosa cáustica y vapor de agua sobrecalentado, de este modo se
produce una disolución.
Se eliminan las impurezas por decantación. A continuación se añade agua a la
disolución para provocar la precipitación del óxido de aluminio y separarlo de la
sosa. El producto obtenido es la alúmina. Esta se somete a um proceso de
calcinación para eliminar el exceso de agua.
La alúmina se funde con criolita y se somete a un proceso electrolítico que separa
el aluminio del oxígeno. El oxígeno forna monóxido y dióxido de carbono y se
desprende mientras el aluminio puro va depositándose en el fondo de la cuba, de
la que se extrae por medio de una cuchara. Este proceso consume mucha
energía.
CARACTERÍSTICAS
Es un metal plateado, blando, de baja densidad, su conductividad eléctrica es alta,
es muy dúctil y maleable. Puede ser laminado en frío o en caliente y se obtienen
tubos, barras e hilos. Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa
dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la posterior acción corrosiva,
Es por esto, por lo que los materiales hechos de aluminio no se oxidan.
Puede aumentarse su resistencia mediante el anodizado. Consiste en utilizar al
aluminio como ánodo en una cuba electrolítica y así se consigue un película muy
fina que lo protege de la corrosión.
Es difícil de soldar, por la capa de óxido. Para conseguirlo hay que utilizar una
pistola de soldadura eléctrica.
APLICACIONES
Como es muy blando se alea con otros metales para su uso industrial, obteniendo
las aleaciones ligeras. Son más duras, tienen mayor resistencia mecánica y
facilidad para el mecanizado.
Duraluminio: 95.5% de aluminio y 4.5% de cobre. Se emplea en construcción.
Aluminio-Magnesio: Se utiliza en la industria aeronáutica y naval, en la
fabricación de automóviles y bicicletas.
Aluminio-silicio: Se utiliza en la construcción de motores.
Alnico: Níquel, cobalto y aluminio. Se fabrica con él imanes permanentes.
Por su baja densidad y su conductividad relativamente alta se utiliza como
sustituto del cinc en cables de conducción eléctrica de gran longitud.
También es utilizado para fabricar utensilios de cocina.
1. EL MAGNESIO
Sus compuestos más comunes son silicatos de magnesio y cloruros de magnesio.
PROCESO DE OBTENCIÓN
Se obtiene por dos procedimientos: tratamiento térmico y electrólisis. El
tratamiento térmico consiste en someterlos a elevadas temperaturas en un horno
eléctrico junto con agentes reductores de oxígeno. Así se libera el magnesio
metálico.
La electrólisis se aplica al cloruro de magnesio fundido, se coloca en una cuba que
hace de cátodo y se introduce una barra de carbón que hace de ánodo. El
magnesio liberado en estado de fusión, como es menos denso que el cloruro
queda flotando, se retira por medio de la cuchara y se vierte en moldes.
CARACTERÍSTICAS
De color blanco brillante, ligero, blando, maleable y poco dútil. La humedad lo
corroe. Tiene gran afinidad por el oxígeno y reacciona rápidamente cuando está
pulverizado.
APLICACIONES DEL MAGNESIO
Se emplea en lámparas relámpago y en pirotecnia por su combustión casi
explosiva. Se usa como reductor para obtener otros metales.
Forma aleaciones ultraligeras por su densidad extraordinariamente baja. Se
utilizan en la fabricación de bicicletas, automóviles y motocicletas de competición.
Según su composición la aleaciones se clasifican en: aleaciones para fundición y
aleaciones para forja
2. EL COBRE
Ya conocido en épocas prehistóricas ya que las primeras herramientas y enseres
fueron fabricados probablemente en diversos minerales, como cuprita, calcopirita y
malaquita pero también puede encontrarse en estado puro.
Cuprita: Compuesta básicamente por óxido de cobre. Se presenta en masas
terrosas de color rojo. Contiene un 88% de riqueza, pero es muy escasa.
Calcopirita: Sulfuro mixto de hierro y cobre.De color amarillento. Es la principal
mena del cobre.
Malaquita: Mezcla de carbonato y óxido de cobre. Se presenta en masa cristalinas
de color azul y es muy buena mena de cobre.
Cobre puro: Es un metal pardo rojizo. Escaso y suele encontrarse en el fondo de
algunos yacimientos de otros minerales de cobre.
PROCESO DE OBTENCIÓN
Se utilizan dos técnicas: la vía húmeda y la vía seca dependiendo de la riqueza
de los minerales empleados.
1. La vía húmeda se emplea cuando el contenido en cobre es bajo (3%
y el 10% de riqueza). Se trata de disolver el material con ácido
sulfúrico y después aplicar electólisis para recuperar el cobre.
2. La vía seca sólo se puede utilizar si la riqueza del mineral supera el
10%. Es el más utilizado.
Obtención del cobre por vía seca:
Se tritura y muele el mineral para reducirlo a polvo.A continuación se introduce en
la cámara de flotación en la que el cobre se concentra en la superficie y la ganga
se hunde.
Después se somete a un proceso de tostación para eliminar el azufre y formar
óxidos de hierro y de cobre.
El óxido de cobre se intoduce en un horno de reverbero para cocinarlo y eliminar
las impurezas.
El sulfuro de cobre se somete a un proceso de reducción y se obtiene el cobre
bruto mezclado con algo de óxido de cobre.
En la fase térmica el cobre bruto se introduce en hornos de afino en los que se
reduce el óxido de cobre residual, mediante gas natural. El cobre que sale del
convertidor se vierte en moldes especiales para obtener planchas que serán
utilizados como ánodo en la cuba electólica.
En la fase electólica se produce el afino final. El ánodo procede de los moldes de
la fase anterior y el cátodo está formado por planchas de cobre puro.
De este modo se consigue cobre electolítico con una pureza superior el 99,85%.
CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES
El cobre es un metal de color rojizo, relativamente blando, de conductividad
eléctrica y térmica muy elevada, dúctil y maleable.
Su elevada conductividad eléctica y su ductilidad lo hacen indicado para la
fabricación de cables eléctricos y bobinados.
Como el agua y el aire no lo atacan a ninguna temperatura se suele utilizar para
fabricar tubos y calderas.
Es poco resistente a los agentes atmosféricos, se recubre de una capa de
carbonato llamada cardenillo que la protege de la oxidación posterior.
Es medianamente resistente a la agresión de los ácidos .
4.
EL ESTAÑO
Se conoce desde la antigüedad pero se consideraba una variante del plomo. Se
extrae básicamente de la casiterita, que es un óxido de estaño pero su riqueza en
estaño es muy baja.
PROCESO DE OBTENCIÓN
Es necesario concentrarlo por su baja riqueza. Para ello se tritura y se lava.
Después se somete a un proceso de tostación para eliminar los sulfuros. A
continuación se reduce en un horno de reverbero, usando antracita. Se moldea en
bloques.
El proceso de afino se lleva a cabo en una cuba electrólitica, el ánodo está
formado por planchas de estaño bruto y el cátodo por láminas de estaño puro.
CARACTERÍSTICAS.
De color blanco brillante, muy blando de estructura cristalina, poco dúctil pero
maleable. Su estructura cristalina se pone de manifiesto al doblar una barra ya que
se escucha el rozamiento de cristales entre si.
Puede ser laminado, es estable y resistente a los agentes atmosféricos pero
puede ser atacado por ácidos y productos alcalinos.
APLICACIONES DEL ESTAÑO
El papel de estaño no se utiliza por su elevado coste . Se usa para recubrimiento
electrolítico de otros metales por su resistencia a la oxidación.
Es un elemento imprescindible en las aleaciones:
Bronces: proporción inferior al 25%
Metal blando: Se utiliza en la fabricación de cojinetes.
Aleaciones fusibles y soldadura blanda: Formada a base de estaño y plomo.
5. EL NÍQUEL
Era conocido en la antigüedad pero su aprovechamiento industrial se produjo a
partir del S.XIX. La mena del níquel es la niquelina mezcla de sulfuros de hierro,
níquel y cobre y la garnierita un silicato hidratado de níqul y magnesio. Su riqueza
es del 6%.
PROCESO DE OBTENCIÓN
Similar al cobre. Se tritura y muele el mineral y se separan los sulfuros por
flotación, después se tuesta hasta obtener óxido de níquel, se reduce con carbono
y se afina por métodos electrolíticos, utilizando de ánodo el níquel impuro y de
cátodo el níquel puro.
CARACTERÍSTICAS
De color blanco brillante, medianamente duro, tenaz, maleable y dúctil. Es muy
resistente a la corrosión de los agentes atmosféricos, de los ñácidos y las
substancias alcalinas.
APLICACIONES DEL NÍQUEL
Por su resistencia a la corrosión se emplea para el revestimiento electrolítico de
chapas de acero dulce(niquelado) Es muy raro encontrarlo en estado puro, son
más frecuentes las aleaciones de carácter inoxidable.
Clasificación de las aleaciones que contienen níquel según su riqueza:
Alto porcentaje en níquel: hasta un 80%. Son el nicrom usado para fabricar
resistencias electricas por su resisterncia y el invar usado en relojería.
Bajo contenido en níquel: No supera el 15%. Se suele alear con hierro y acero
para mejorar sus características y facilitar los tratamientos de templado.
Los materiales que se obtienen se utilizan para fabricar utensilios de cocina,
material quirúrgico y de laboratorio y acumuladores de energía
5. EL CROMO
Cromo, de símbolo Cr, es un elemento metálico de color gris, que puede presentar
un intenso brillo. Es uno de los elementos de transición (grupo de elementos
químicos que comparten estructuras orbitales electrónicas similares y por tanto
tienen las mismas propiedades químicas) del sistema periódico y su número
atómico es 24
CARACTERÍSTICAS.
Este elemento fue descubierto en 1,797 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.
En las sales crómicas y en la cromita, el cromo tiene una valencia de +3. La
mayoría de estos compuestos son de color verde, pero algunos son de color rojo o
azul. El óxido de cromo (III) (Cr2O3) es un sólido verde. En cromatos y dicromatos,
el cromo tiene una valencia de +6. El dicromato de potasio (K 2Cr2O7) es un sólido
rojo, soluble en agua; el cromato de plomo (PbCrO4) es un sólido insoluble, muy
usado como pigmento, llamado amarillo de cromo. El verde cromo es una mezcla
de amarillo de cromo y azul prusia.
APLICACIONES DEL CROMO
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.
6.
EL MOLIBDENO
Es un elemento metálico con propiedades químicas similares a las del cromo. Es
uno de los elementos de transición del sistema periódico. El número atómico del
molibdeno es 42.
Fue descubierto en 1778 por el químico sueco Karl Wilhelm Scheele. Es un metal
blanco plateado, duro y maleable. El molibdeno se disuelve en ácido nítrico y agua
regia, y es atacado por los álcalis fundidos. El aire no lo ataca a temperaturas
normales, pero arde a temperaturas por encima de los 600 °C formando óxido de
molibdeno. El molibdeno tiene un punto de fusión de unos 2.610 °C, un punto de
ebullición de unos 5.560 °C, y una densidad relativa de 10,2. Su masa atómica es
95,94.
CARACTERÍSTICAS.
El molibdeno no existe libre en la naturaleza, sino en forma de minerales, siendo
los más importantes la molibdenita y la wulfenita. Ocupa el lugar 56 en abundancia
entre los elementos de la corteza terrestre y es un oligoelemento importante del
suelo, donde contribuye al crecimiento de las plantas.
APLICACIONES DEL MOLIBDENO
El metal se usa principalmente en aleaciones con acero. Esta aleación soporta
altas temperaturas y presiones y es muy resistente, por lo que se utiliza en la
construcción, para hacer piezas de aviones y piezas forjadas de automóviles. El
alambre de molibdeno se usa en tubos electrónicos, y el metal sirve también como
electrodo en los hornos de vidrio. El sulfuro de molibdeno se usa como lubricante
en medios que requieren altas temperaturas. Casi los dos tercios del suministro
mundial del metal se obtienen como un subproducto en las excavaciones de
cobre. Estados Unidos es el primer productor, seguido de Canadá.
7. EL ORO
El oro es un metal de transición blando, brillante, amarillo, pesado, maleable, dúctil
(trivalente y univalente) que no reacciona con la mayoría de productos químicos,
pero es sensible al cloro y al agua regia. El metal se encuentra normalmente es
estado puro y en forma de pepitas y depósitos aluviales y es uno de los metales
tradicionalmente empleados para acuñar monedas. El oro se emplea como
estándar monetario para muchas naciones y también se utiliza en la joyería, la
industria y la electrónica.
CARACTERÍSTICAS.
El oro es un elemento metálico que exhibe un color amarillo en bruto, pero que
puede mostrarse negro, rubí o morado en divisiones finas. Es considerado por
algunos como el elemento más bello de todos y es el metal más maleable y dúctil
que se conoce. De hecho, una onza (28,35 g) de oro puede moldearse en una
sábana que cubra 28 metros cuadrados. Como es un metal blando, las aleaciones
con otros metales con el fin de proporcionarle dureza son frecuentes.
Se trata de un metal muy denso, con un alto punto de fusión y una alta afinidad
electrónica. Sus estados de oxidación más importantes son +1 y +3. También se
encuentra en el estado de oxidación +2, así como en estados de oxidación
superiores, pero es menos frecuente.
Además, el oro es un buen conductor del calor y de la electricidad, y no le afecta
el aire ni la mayoría de agentes químicos. Tiene una alta resistencia a la
alteración química por parte del calor, la humedad y la mayoría de los agentes
corrosivos, y así está bien adaptado a su uso en la acuñación de monedas y en la
joyería.
APLICACIONES DEL ORO
El oro puro es demasiado blando para ser usado normalmente y se endurece
aleándolo con plata y cobre. El oro y sus muchas aleaciones se emplean bastante
en joyería, fabricación de monedas y como patrón monetario en muchos países.
Debido a su buena conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, así como
una buena combinación de propiedades químicas y físicas, se comenzó a emplear
a finales del siglo XX como metal en la industria.
PROCESO DE OBTENCIÓN
Debido a que es relativamente inerte, se suele encontrar como metal, a veces
como pepitas grandes, pero generalmente se encuentra en pequeñas inclusiones
en algunos minerales, vetas de cuarzo, pizarra, rocas metamórficas y depósitos
aluviales originados de estas fuentes. El oro está ampliamente distribuido y a
menudo se encuentra asociado a los minerales cuarzo y pirita, y se combina con
teluro en los minerales calaverita, silvanita y otros. Sudáfrica es el principal
productor de oro cubriendo aproximadamente dos tercios de la demanda global
de oro.
El oro se extrae por lixiviación con cianuro. El uso del cianuro facilita la oxidación
del oro formándose Au(CN)22- en la disolución. Para separar el oro se vuelve a
reducir empleando, por ejemplo, zinc. Se ha intentado reemplazar el cianuro por
algún otro ligando debido a los problemas medioambientales que genera, pero o
no son rentables o también son tóxicos.
Hay una gran cantidad de oro en los mares y océanos, siendo su concentración
de entre 0,1 µg/kg y 2 µg/kg, pero en este caso no hay ningún método rentable
para obtenerlo.
7. LA PLATA
La plata es un elemento químico de número atómico 47 situado en el grupo 11 de
la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Ag. Es un metal de transición
blanco y brillante. Presenta las mayores conductividades térmica y eléctrica de
todos los metales, y se encuentra formando parte de distintos minerales
(generalmente en forma de sulfuro) o como plata libre. Entre sus variadas
aplicaciones, este metal se emplea en la fabricación de monedas, joyería, como
catalizador, etc., y algunas de sus sales en fotografía.
CARACTERÍSTICAS.
La plata es un metal de acuñar muy dúctil y maleable, algo más duro que el oro,
que presenta un brillo blanco metálico. Presenta la más alta conductividad
eléctrica de todos los metales, incluso superior a la del cobre, pero su mayor
coste ha impedido que reempleace a éste en aplicaciones eléctricas. La plata
pura también presenta la mayor conductividad térmica, el color más blanco y el
mayor índice de reflexión (aunque refleja mal la luz ultravioleta) de todos los
metales. Algunas sales de plata son fotosensibles (se descomponen por acción
de la luz) y se han empleado en fotografía. Se disuelve en ácidos oxidantes, y
puede presentar los estados de oxidación +1, +2 y +3, siendo el más común el
estado de oxidación +1.