uru tq tema 5. estado metálico

5/8/2018 URU TQ Tema 5. Estado Metálico - slidepdf.com

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Ing. Waldo Urribarrí

Tecnología Química

Tema 5

Estado metálico - Aleaciones - Metalurgia general





Tema 5


Introducción

Toda la materia está formada a partir de unidades elementales que existen

en un número limitado. Estas unidades no pueden ser divididas en partes

más sencillas mediante los métodos físicos o químicos usuales. En la

naturaleza existe 92 elementos químicos, aunque los físicos han creado 20

elementos más mediante procesos que implican reacciones nucleares. Los

elementos químicos fueron clasificados por primera vez por Mendelejev

siguiendo unas pautas determinadas. Estos elementos están divididos en

: , ,elementos metálicos. De los 112 elementos que se conocen, sólo 25 son no

metálicos. Los metales en su mayoría provienen de los minerales.





Tema 5


Introducción (cont.)

Los metales más abundantes en la corteza terrestre que existen en forma

mineral son: aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio, y

manganeso. El agua de mar es una rica fuente de iones metálicos como

Na+, Mg+ y Ca+. La obtención del elemento puro como el hierro, aluminio,entre otros se logra mediante procesos metalúrgicos.





Tema 5


¿Qué es un metal?

Son los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del

calor y la electricidad, poseen alta densidad, y son sólidos en temperaturas

normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos

(cationes) en disolución. La mayor parte de los elementos metálicosexhiben el lustre brillante que asociamos a los metales. Los metales

conducen el calor y la electricidad, son maleables (se pueden golpear para

formar láminas delgadas) y dúctiles (se pueden estirar para formar

.mercurio (punto de fusión = ‐39 °C), que es un líquido. Dos metales se

funden ligeramente arriba de la temperatura ambiente: el cesio a 28.4 °C y

°. . ,

temperaturas muy altas. Por ejemplo, el cromo se funde a 1900 °C.





Tema 5


¿Qué es un metal?

Los metales tienden a tener energías de ionización bajas y por tanto se

oxidan (pierden electrones) cuando sufren reacciones químicas. Los

metales comunes tienen una relativa facilidad de oxidación. Muchos

metales se oxidan con diversas sustancias comunes, incluido el 02 y los.

Se utilizan con fines estructurales, fabricación de recipientes, conducción

del calor y la electricidad.

hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, cobre, manganeso, cinc, cobalto,

molibdeno, cromo, estaño, vanadio, níquel, entre otros.

El conce to de metal refiere tanto a elementos uros así como aleaciones

con características metálicas, como el acero y el bronce.





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Enlace metálico

Las características de los metales vienen dadas por el tipo de enlace

químico de sus átomos, que en el caso de los metales se le denomina

enlace metálico. Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene

unidos los átomos (unión entre cationes y los electrones de valencia) de los.

otros, lo que produce estructuras muy compactas. Es un enlace fuerte,

primario, que se forma entre elementos de la misma especie. Los átomos,

,

nubes electrónicas empaquetándose en las tres dimensiones, por lo que

quedan rodeados de tales nubes. Estos electrones libres son los

res onsables de las rinci ales características de los metales.





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Enlace metálico (cont.)

Enlace metálico del cobre Mar de Drude o Mar de electrones

Otros enlaces químicos: iónico y covalente





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Enlace metálico (cont.)

Un primer intento para explicar el enlace metálico consistió en considerar

un modelo en el cual los electrones de valencia de cada metal se podían

mover libremente en la red cristalina (teoría de Drude‐Lorentz); de esta

forma, el retículo metálico se considera constituido por un conjunto de

electrones (los de valencia), en lugar de estar formados por átomos

neutros.

cationes metálicos distribuidos regularmente e inmersos en un “mar de

electrones” de valencia des localizados, actuando como un aglutinante

electrostático ue mantiene unidos a los cationes metálicos.





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¿Qué es una aleación?

Una aleación es la mezcla de dos o más elementos, siendo uno de ellos un

metal. Es una mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o

más metales con algunos elementos no metálicos. Se puede observar que

las aleaciones están constituidas por elementos metálicos en estado, , , , .

contener algunos elementos no metálicos por ejemplo P, C, Si, S, As. Para

su fabricación en general se mezclan los elementos llevándolos a

.





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¿Qué es una aleación?

El objetivo o los objetivos de las aleaciones es modificar una o varias

propiedades del metal solvente o crear nuevas propiedades en los metales

resultantes.

Las aleaciones presentan brillo metálico y alta conductividad eléctrica y, .

propiedades físicas y químicas son, en general, similares a la de los

metales, sin embargo las propiedades mecánicas tales como dureza,

, , . ,

despiertan estos materiales, que pueden tener los componentes de forma

aislada.





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¿Cómo se clasifican las aleaciones?

Existen tres clasificaciones comunes de aleaciones:

1. Composición: Esta clasificación tiene en cuenta cual es el elemento que

se halla en mayor proporción (aleaciones ferrosas, aleaciones base

cobre, etc.). Cuando los elemento que se mezclan no tienen carácter,

únicamente se mezclan metales, los mismos pueden aparecer en

proporciones similares al metal base.

.

aleaciones binarias como el cuproníquel, ternarias (alpaca), pero

también hay aleaciones en las que intervienen un elevado número de

elementos uímicos si bien en e ueñas cantidades.





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3. Estructura:

a) Sustitucional: son aquellas aleaciones en las que los átomos del

elemento en menor proporción (metal soluto) ocupan o sustituyen

proporción (metal solvente). Un ejemplo de aleación sustitucional es la

aleación oro‐cobre.

" ”.

átomos de soluto se colocan en los espacios intersticiales del metal

(disolvente). Es condición necesaria que el átomo de soluto sea

suficientemente e ueño ara ue al ocu ar su osición no altere

notablemente la energía del cristal.





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3. Estructura:

En general, la solubilidad o espacio intersticial en los metales es muy

limitada dado que los átomos metálicos se disponen en estructuras.

Un ejemplo de aleación intersticial es el carbono añadido al hierro para

la fabricación de aceros.



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Aleaciones más comunes

• Acero: es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera

el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando

normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores

que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser, , .

Existen aceros especiales donde se adicionan otros elementos para

mejorar propiedades específicas de los mismos.

•

constituye su base y el segundo aparece en una proporción de entre el 3

y el 20%. Las aleaciones constituidas por cobre y zinc se denominan

ro iamente latón sin embar o dado ue en la actualidad el cobre se

suele alear con el estaño y el zinc al mismo tiempo, en el lenguaje no

especializado la diferencia entre bronce y latón es bastante imprecisa.



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Conceptos generales de metalurgia

La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los

metales desde minerales metálicos, hasta los no metálicos. También

estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos

vinculados, así como su control contra la corrosión. Además de.



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Conceptos generales de metalurgia (cont.)

Procesos metalúrgicos

Los procesos metalúrgicos comprenden las siguientes fases:

• Obtención del metal a partir del mineral que lo contiene en estado

natural., :

que quedan en el metal.

• Elaboración de aleaciones.



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Operaciones básicas de obtención de metales

• Operaciones físicas: triturado, molido, filtrado (a presión o al vacío),

centrifugado, decantado, flotación, disolución, destilación, secado,

precipitación física.: , , , ,

electrólisis, hidrólisis, lixiviación mediante reacciones ácido‐base,

precipitación química, electrodeposición, cianuración.





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• Alto horno: es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el

mineral de hierro. Un alto horno típico está formado por una cápsula

cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no

metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El,

máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su

altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas

,

enciende el coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que

fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese

orificio ero deba o de las toberas ha otro a u ero ara retirar la

escoria.





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La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de

escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de

campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la

caliza. Una vez obtenido el acero líquido, se puede introducir en:

la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la

colada continua, de la que se obtienen trenes de laminación y,

, ,

obtienen lingotes.





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• Horno de inducción: Es un horno eléctrico en el que el calor es generado

por calentamiento por la inducción eléctrica de un medio conductivo (un

metal) en un crisol alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas

magnéticas.,

punto de vista energético, y es un proceso de fundición y de tratamiento

de metales más controlable que con la mayoría de los demás modos de

.

gran cantidad de calor de manera rápida. Los principales componentes

de un sistema de calentamiento por inducción son: la bobina de

inducción la fuente de alimentación la eta a de aco lamiento de la

carga, una estación de enfriamiento y la pieza a ser tratada.





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Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez

más fundiciones están sustituyendo los altos hornos por los de

inducción, debido a que aquellos generaban mucho polvo entre otros

contaminantes. El rango de capacidades de los hornos de inducción

utilizados para fundir hierro y acero, cobre, aluminio y metales

preciosos. Uno de los principales inconvenientes de estos hornos es la

de productos oxidantes y ser de una composición conocida y algunas

aleaciones pueden perderse debido a la oxidación (y deben ser re‐

añadidos .





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• Arrabio: es el material fundido que se obtiene en el alto horno mediante

reducción del mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la

obtención del acero en los altos hornos.

Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de, .

calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se

combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro

.

horno es:

Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe





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La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de

monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se

combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las

temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto. ,

perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman

una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del

.

metálicos; sin embargo, pueden contener sulfuros de metal y átomos de

metal en forma de elemento. Aunque la escoria suele utilizarse como un

mecanismo de eliminación de residuos en la fundición del metal

también sirve para el control de la temperatura durante la fundición y

minimizar la re oxidación del metal líquido final antes de pasar al molde.





Tema 5


Conceptos generales de metalurgia (cont.)• Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser

sometidos a esfuerzos de compresión.

• Ductilidad: propiedad de los metales de moldearse en alambre e hilos al

ser sometidos a esfuerzos de tracción.:

fuerzas bruscas (golpes, etc.)

• Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción,

, .





Tema 5


Reciclado de metalesLa mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a

procesare creando nuevos metales. Metales como aluminio, plomo, hierro,

acero, cobre, plata y oro son reciclados fácilmente cuando no están

mezclados con otras sustancias, porque pueden ser fundidos y cambiar de. ,

tiene mayor demanda comercial. El reciclaje del aluminio esta

incrementándose bastante debido a que una lata, producto de reciclaje,

similar con materas primas. Si recuperáramos todos estos metales serian

una gran fuente de materias primas.





Tema 5


Reciclado de metales (cont.)Los yacimientos (de donde se extraen industrialmente el metal), son

depósitos de los mismos y están siendo poco a poco agotados. En los

nuevos yacimientos se debe invertir mayor capital, ya que se encuentran

mas adentrados en la corteza terrestre y en lugares muy remotos para el. , ,

chile, Zambia, Zaire, Papúa, Nueva‐Guinea, lugares muy lejanos del centro

de producción. En 1990, para obtener los, casi, 9 millones de toneladas de

mineral.





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Reciclado de metales (cont.)Reciclado del aluminio:

En 1990, mas del 50% de las latas de aluminio fabricadas en EE.UU. fueron

producto del reciclaje. En la actualidad se recicla todo el aluminio que se

produce como recorte durante la fabricación de productos y una parte.

Los expertos aseguran que se ahorra suficiente energía reciclando una lata

de aluminio como para hacer funcionar un televisor durante 3 horas y

, .

El reciclado de aluminio sé esta poniendo de moda ya que todos queremos

reciclar aunque a algunos le importe mas la ganancia económica que la

contaminación ue roducen estos desechos.





Tema 5


Reciclado de metales (cont.)Reciclado del aluminio:

El aluminio no cambia sus características durante el reciclado por lo que se

puede repetir indefinidamente, además los potes se pueden hacer

enteramente con metal reciclado..

impuesto por la legislación y se gestiona a través de consorcios. En otros

países el reciclado es voluntario. Esta actividad la organiza organizaciones

, , , .

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