CLASIFICACIÓN DE LOS METALES NO FERROSOS

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: Su densidad es igual o mayor de 5kg/dm³. Ej: Estaño, cobrem cinc, plomo, etc.
Ligeros: Su densidad está comprendiada entre 2 y 5 kg/dm³. Ej: Aluminio y titanio.
Ultraligeros: Su densidad es menor de 2 kg/dm³. Ej: Magnesio y berilio.

En general, los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para
mejorar sus propiedades se alean con otros metales.
Ordenados de mayor a menor utilización, son: cobre (y sus aleaciones), aluminio, estaño, plomo, cinc, níquel, cromo, titanio y magnesio.

ESTAÑO

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, en el que este metal se encuentra en forma de óxido (SnO2).

Las características principales del estaño son:
• 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. 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:
• 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).

COBRE

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).

Las características del cobre son:
• 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:

• 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.

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:

Leyenda
Aleación
Tipos/composición
Algunas aplicaciones

1.Bronce (aleación de cobre y estaño):
1.1 Ordinario. Sólo lleva cobre y estaño (del 5 al 30%). Campanas y engranajes.
1.2 Especial. Lleva cobre, estaño y otros elementos químicos. Esculturas y cables eléctricos. 2.Latón (aleación de cobre y cinc):
2.1 Ordinario. Sólo lleva cobre y cinc (del 30 al 55%). Tornillería.
2.2 Especial. Lleva cobre, cinc y otros elementos químicos. Grifos, tuercas y tornillos.
3. Cuproaluminio: Aleación de cobre y aluminio. Hélices de barco, turbinas, etc.
4. Alpaca: Aleación de cobre, níquel y cinc. Tiene un color plateado. Joyería barata, cubiertos.
5. Cuproníquel: Aleación de cobre y níquel (del 40 al 50%). Monedas y contactos eléctricos.

CINC

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 y la calamina.

El cinc posee 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 con el cobre, dependiendo de la concentración de cinc se emplean dos procedimientos de obtención: vía seca (mayores del 10%) y vía húmeda (inferiores al 10%).

Vía Seca

Vía Húmeda

Prestaciones Comerciales.

Leyenda

Presentación

Aleación

Características/aplicaciones

1. En forma de aleación

1.1 Latones (Cobre y cinc): Al ser más barato el cinc que el estaño, en muchas aplicaciones está sustituyendo al bronce.

1.2 Plata alemana o alpaca (Cu + Ni + Zn): Utilizada antiguamente en cubertería y en la actualidad en joyería barata y fabricación de estuches.

1.3 Zamak (Al + Cu + Zn): Obtención de piezas de gran precisión y de gran calidad superficial, con lo que no necesitan mecanizado.

2. En estado puro

2.1 Chapas de diferentes espesores: Recubrimiento de tejados; Canalones y cornisas, así como tubos de bajada de agua y depósitos; Recubrimiento de pilas.

3. Recubrimiento de piezas

3.1 Galvanizado electrolítico: consiste en recubrir, mediante electrólisis, un metal con una capa muy fina de cinc (unas 15 milésimas de milímetro).

3.2 Galvanizado en caliente: la pieza se introduce en un baño de cinc fundido. Una vez enfriada, el cinc queda adherido y la pieza protegida.

3.3 Metalizado: se proyectan partículas diminutas de cinc, mezcladas con pintura, sobre la superficie a proteger.

3.4 Sherardización: consiste en recubrir con polvo de cinc una pieza de acero e introducirla en un horno. Por el calor, el cinc penetra en el acero.

4. Otras Formas

4.1 Óxidos de cinc: Bronceadores, desodorantes, etc.; Colorantes, pegamentos, conservantes, etc.

PLOMO

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.

Sus características son:
• 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), etc.

• Formando aleación:
– Soldadura blanda, a base de plomo y estaño, empleado como material de aportación.

La obtención del plomo consta de cuatro fases:

1. Enriquecimiento: La galena se tritura y muele. Luego se separa la ganga de la mena mediante flotación.

2. Oxidación de los sulfuros: Hay que tostar (a unos 700 °C) todos los sulfuros de Pb para transformarlos en óxidos. Al añadir sílice y cal, se obtiene monóxido de plomo (PbO).

3. Reducción del monóxido de Pb: Se realiza en un horno de mufla (especie de horno alto en pequeño). Se usa carbón de coque y cal. El plomo obtenido contiene muchas impurezas. Se llama plomo de obra.

4. Afinado del plomo: Hay dos fases: 1ª Separación de otros metales (cobre, cinc, plata, etc.) y la 2ª Afinado electrolítico.

OTROS METALES NO FERROSOS PESADOS

Además existen otros metales no ferrosos, de los que cabe destacar:

Leyenda
Metal
Caracteristicas y aplicaciones
Propiedades

1.Cromo.
-Tiene un color grisáceo acerado, es muy duro y tiene un gran acritud, resiste muy bien la oxidación y corrosión, se emplea como: cromado brillante: para objetos decorativos y como cromado duro: para la fabricación de aceros inoxidables y aceros para herramientas.
-Densidad: 6,8 kg/dm³. Punto de fusión: 1900 °C. Resistividad: 1,1 ohmios·mm²/m.

2.Níquel.
-Tiene un color plateado brillante y se puede pulir muy fácilmente; es magnético (como si fuese un producto ferroso); es muy resistente a la oxidación y a la corrosión; se emplea: para fabricar aceros inoxidables (aleado con el acero y el cromo), en aparatos de la industria química y en recubrimientos de metales (por electrólisis).
-Densidad: 8,85 kg/dm³. Punto de fusión: 1450 °C. Resistividad:0,11 ohmios·mm²/m.

3.Wolframio o tungsteno.
-Tiene un punto de fusión muy alto, por lo que se emplea para: filamentos de bombillas incandescentes y la fabricación de herramientas de corte para máquinas.
-Densidad: 19 kg/dm³. Punto de fusión: 3370 °C. Resistividad: 0,056 ohmios·mm²/m.

4.Cobalto.
-Tiene propiedades análogas al níquel, pero no es magnético y se utiliza para: endurecer aceros para herramientas (aceros rápidos) y como elemento para la fabricación de metales duros (sinterización) empleados en herramientas de corte.
-Densidad: 8,6 kg/dm³. Punto de fusión: 1490 °C. Resistividad: 0,063 ohmios·mm²/m.

METALES LIGEROS. ALUMINIO

Es el metal más abundante en la naturaleza. Se encuentra como componente de arcillas, esquistos, feldespatos, pizarras y rocas graníticas, hasta constituir el 8 % de la corteza terrestre. Desafortunadamente, no se encuentra en la naturaleza en estado puro, sino combinado con el oxígeno y otros elementos. El mineral del que se obtiene el aluminio se llama bauxita, que está compuesto por alúmina y es de color rojizo.

Las características del aluminio son las siguientes:
• Es muy ligero e inoxidable al aire, pues forma una película muy fina de óxido de aluminio
(Al2O3) que lo protege.
• Es buen conductor de la electricidad y del calor. Se suele emplear en conducciones eléctricas
(cables de alta tensión), ya que además pesa poco.
• Es muy maleable (papel de aluminio para envoltorios) y dúctil.

El método Bayer es el proceso de obtención de aluminio más empleado por resultar el más económico. Consta de 2 partes:

1. La bauxita se transporta desde la mina al lugar de transformación (cerca de puertos,
ya que la mayoría se importa).
2. Se tritura y muele hasta que queda pulverizada.
3. Se almacena en silos hasta que se vaya a consumir.
4. En un mezclador se introduce bauxita en polvo, sosa cáustica, cal y agua caliente. Todo ello hace que la bauxita se disuelva en la sosa.
5. En el decantador se separan los residuos (óxidos que se hallan en estado sólido y no fueron atacados por la sosa).
6. En el intercambiador de calor se enfría la disolución y se le añade agua.
7. En la cuba de precipitación, la alúmina se precipita en el fondo de la cuba.
8. Un filtro permite separar la alúmina de la sosa.
9. La alúmina se calienta a unos 1200 °C en un horno, para eliminar por completo la humedad.
10. En el refrigerador se enfría la alúmina hasta la temperatura ambiente.
11. Para obtener aluminio a través de la alúmina, ésta se disuelve en criolita fundida (que protege al baño de la oxidación), a una temperatura de unos 1000 °C, y se la somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio y oxígeno.

En cuanto a las clases de aluminio y sus aplicaciones, el aluminio se utiliza normalmente
aleado con otros metales con objeto de mejorar su dureza y resistencia. Pero también se
comercializa en estado puro.

Leyenda

Tipo

Aleación

Características

1. Aleación

1.1 Aluminio + cobre (Duraluminio o bronce de aluminio): Se usa en bases de sartenes, llantas de coches, bicicletas, etc.

2.2 Aluminio + magnesio: Se emplea mayoritariamente en aeronáutica y en automoción.

2.3 Aluminio + cobre + silicio: Ideal para obtener piezas de moldeo por inyección.

2.4 Aluminio + níquel + cobalto (Alnico): Con esta aleación se fabrican potentes imanes permanentes.

2. Aluminio puro (en polvo): Mezclado con pintura, protege muy bien de la intemperie.

Las formas usualmente empleadas en la comercialización del aluminio son: alambres de
diferentes diámetros, chapas, perfiles y barras de diferentes secciones.

TITANIO

Se encuentra abundantemente en la naturaleza, ya que es uno de los componentes de casi todas las rocas de origen volcánico que contienen hierro.

La extracción del titanio es un proceso complejo, lo que encarece extraordinariamente el producto final. En la actualidad, los minerales de los que se obtiene el titanio son el rutilo y la ilmenita.

El titanio posee las siguientes características:
• Es un metal blanco plateado que resiste mejor la oxidación y la corrosión que el acero
inoxidable.
• Las propiedades mecánicas son análogas, e incluso superiores, a las del acero, pero
tiene la ventaja de que las conserva hasta los 400 °C.

En cuanto al proceso de obtención del titanio, en la actualidad se emplea casi exclusivamente
el método Kroll.

1. Cloración: Se calienta el mineral de titanio al rojo vivo. Luego se le añade carbón y se hace circular cloro a través de toda la masa. Se obtiene tetracloruro de titanio (TiCl4)

2. Transformación: El compuesto se introduce en un horno a 800 °C. Luego se introduce un gas inerte (helio o argón) y magnesio. Se forma titanio esponjoso.

3. Obtención: El titanio esponjoso se introduce en un horno eléctrico y se le añaden fundentes: el resultado es titanio puro.

Aplicaciones: dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas, se emplea mayoritariamente en la fabricación de estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, satélites de comunicaciones, etc.). Normalmente se suele emplear aleado con el 8 % de aluminio. Para mejorar las propiedades físicas, se le suele alear también con cromo, vanadio y molibdeno. Se emplea también en la fabricación de herramientas de corte (nitrato de titanio), en la construcción de aletas para turbinas (carburo de titanio), así como, en forma de óxido y pulverizado, para la fabricación de pinturas antioxidantes. También se emplea para recubrimiento de edificios, Ej.: museo Guggenheim de Bilbao.

METALES ULTRALIGEROS. MAGNESIO

Los minerales de magnesio más importantes son: carnalita (es el más empleado y se halla en forma de cloruro de magnesio, que se obtiene del agua del mar), dolomita y magnesita.

El magnesio posee las siguientes caracterísitcas:
• En estado líquido o en polvo es muy inflamable (recuerda cómo funcionaban los flashes de las antiguas cámaras de fotos).
• Tiene un color blanco, parecido al de la plata. Es maleable y poco dúctil.
• Es más resistente que el aluminio. Se emplea en aeronáutica.

Existen dos métodos de obtención, dependiendo del mineral de magnesio:

Por Electrolisis

El magnesio sube a la superficie, ya que tiene menos densidad que la mezcla de sales fundidas. La cuba tiene que ser metálica y actúa como cátodo.

Por reducción

Consiste en introducir el mineral en un horno eléctrico, al que se ha añadido fundente, para provocar la eliminación de oxígeno.

Leyenda

Magnesio

Tipo

Características

1.En forma de aleación.

1.1 Aleaciones para forjar:
Magnam = magnesio + manganeso
Magzin = magnesio + cinc
Magal = magnesio + aluminio

1.2 Aleaciones para fundir:
Fumagcin = magnesio + cinc
Fumagal = magnesio + aluminio

2.En estado puro.

Tiene pocas aplicaciones, excepto en la fabricación de productos pirotécnicos y como desoxidante en los talleres de fundición del acero.

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

La evaluación y valoración del impacto ambiental producido por la extracción, transformación, fabricación y reciclado de productos no ferrosos constituye una técnica generalizada en todos los países industrializados y especialmente en la Unión Europea.

a) Durante la extracción de los minerales. Si esta extracción se realiza a cielo abierto, el impacto todavía puede ser mayor, ya que puede afectar a determinados hábitats.

b) Durante la obtención de los distintos metales. Tenemos diversos tipos de impactos

Leyenda
tipo contaminacion
tipo de impacto
medidas correctoras

1.Emisiones
- De metales pesados (óxidos metálicos y vapores metálicos volátiles),que son cancerígenos.
Gases, polvo e hidrógeno gaseoso, que es muy corrosivo (peligroso para la salud y el medio ambiente).
- Evitar que salgan de la fábrica, seleccionar emplazamiento y usar mascarillas.
2.Aguas residuales
- Aguas de lavado y decapado de metales (soluciones alcalinas y ácidas) y fangos.
- Neutralizar mediante productos químicos y vertederos controlados (evitar que haya escapes y puedan contaminar aguas subterráneas).
3.Contaminación acústica.
- Causada por instalaciones y aparatos.
- Aislamiento exterior. Si el nivel es superior a 80 decibelios, usar protectores auditivos.

c) Durante el proceso de reciclado. El impacto ambiental es mucho menor, pero también importante.

PRESTACIONES COMERCIALES

Prestacion comercial
Perfiles Cu, Al
Tubos Cu, Zn, Pb, Al
Barras Sn Cu Zn Pb Cr Ni W Co Al Ti Mg
Chapas Sn, Cu, Zn, Pb, Al
Cables/hilos Sn, Cu, W, Al
Otros Sn Cu Zn Pb Cr Ni W Co Al Ti Mg

Estas son las prestaciones comerciales más usadas de los metales no ferrosos desde el punto de vista industrial