TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I

Presentación del tema: "TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I"— Transcripción de la presentación:

1 TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I
1º DE BACHILLERATO. Tema 13-II CIENTÍFICO TECNOLÓGICO MATERIALES METÁLICOS: METALES NO FERROSOS

2 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. CARACTERÍSTICAS. Símbolo: Sn De color blanco brillante, muy blando de estructura cristalina, poco dúctil pero maleable. Pero a la temperatura de 100ºC es muy dúctil y maleable, pudiendo obtenerse hojas de algunas décimas de mm. de espesor. 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. Existen tres formas alotrópicas(*) del estaño: estaño blanco rombico, estaño blanco tetragonal y estaño gris. (*) elementos con la misma composición, pero aspectos diferentes

3 La casiterita se tritura (1) y muele (2) en molinos adecuados.
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. Se introduce en un horno (4), donde se oxidan los posibles sulfures 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). Obtención del estaño

4 El estaño: aplicaciones
El estaño se utiliza en el revestimiento de acero para protegerlo de la corrosión. La hojalata, acero estañado, sigue siendo un material importante en la industria conservera y destino de aproximadamente la mitad del estaño metálico producido en el mundo aunque está siendo desplazado por el aluminio. La segunda aplicación en importancia es la soldadura blanda de tuberías y circuitos eléctricos y electrónicos. Aleado con el cobre da el bronce. Aleado con el plomo y el antimonio da el metal de imprenta. Con cobre, antimonio y pequeñas cantidades de plomo, da aleaciones antifricción. Con bismuto, cadmio y plomo da una aleación de bajo punto de fusión (fusibles).

5 PLOMO El plomo es un metal pesado (densidad de 11.4 g./cm3), de color azuloso, que se empaña para adquirir un color gris mate, por oxidación superficial. Es flexible, inelástico, se funde con facilidad, se funde a 327,4ºC y hierve a 1725ºC. El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental, el mineral más común es el sulfuro, la galena. El concentrado de plomo o GALENA contiene del 65 a 68 % de plomo. También se encuentra plomo en varios minerales de uranio y de torio, ya que proviene directamente de la desintegración radiactiva (decaimiento radiactivo). Propiedades Es blando y dúctil No es buen conductor de la electricidad Es resistente a las radiaciones Tiene una temperatura de fusión baja Es bastante resistente a la corrosión.

6 Obtención del plomo. La galena enriquecida mediante proceso de trituración y molienda se separa de la ganga y otros elementos presentes. La galena enriquecida a la que se añaden fundentes silícicos y básicos, se somete a tostación a una temperatura superior a 800ºC, convirtiéndose en monóxido de plomo. La reducción posterior se verifica en hornos altos, en el que se introduce carbón de coque que actúa como combustible y reductor. El aire insuflado por las toberas convierte el coque en monóxido de carbono, que reduce el oxido de plomo a metal. El metal fundido y la escoria se extrae por ambas piqueras. El plomo así obtenido se denomina plomo de obra y contiene muchas impurezas, por lo que debe de ser refinado electrolíticamente. Horno Alto

7

8 Aplicaciones del plomo
Los usos finales del plomo, es decir, su aplicación práctica, han variado de forma drástica en lo que va de siglo. Usos clásicos, como la fontanería, la plancha para industrias químicas y para la construcción, las pinturas y los pigmentos, los cables eléctricos, etc., han retrocedido de forma sensible. En la gasolina la utilización del plomo tiende a desaparecer, obedeciendo a exigencias legales. La realidad es que hay usos muy especiales del plomo, que le hacen indispensable o difícilmente sustituible son, entre otros: Baterías para automoción, tracción, industriales, aplicaciones militares, servicios continuos y de seguridad, energía solar, etc Protección contra radiaciones de todo tipo; Vidrios especiales, para aplicaciones técnicas o artísticas; o Protección contra la humedad, cubiertas y techumbres, lentes, refracta la luz. Soldadura, revestimientos, protección de superficies, pinturas, (minio de plomo), etc.

9 Cinc El cinc es uno de los elementos más comunes en la corteza terrestre. Se encuentra en el aire, el suelo y el agua, y está presente en todos los alimentos. Es un metal de color blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada. Funde a 420ºC y hierve a 907ºC. Su densidad es de 7,14 g/cm3. El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión. El metal presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío que disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los 100°C. No se puede endurecer por acritud (forjado en frio)y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente —al contrario que la mayoría de los metales y aleaciones— y pequeñas cargas

10 Metalurgia del Zinc El Zinc se obtiene a partir del sulfuro, del oxido o del carbonato Primer procedimiento.- El primer paso consiste en transformar los minerales en óxidos. -El carbonato se calienta a elevada temperatura en ausencia de oxigeno (calcinación). -El sulfuro se somete a tostacion. Posteriormente el oxido se reduce con carbono en un horno eléctrico. El producto obtenido se denomina spelter. Segundo procedimiento.- Tostar el mineral. Disolver el oxido formado en acido sulfúrico → sulfato. La disolución se trata con cal y polvo de zinc. Una vez eliminadas las impurezas se trata electroliticamente con cátodos de aluminio, sobre los que se deposita el zinc ( 99,95% de pureza). Se recupera el acido sulfúrico y se reutiliza.

11

12 Aplicaciones Debido a su resistencia se ha utilizado tradicionalmente en forma de planchas para cubiertas, cañerías y canalones. Las formas comerciales del cinc sin alear son chapas, tubos y alambres. Forma parte de algunas aleaciones importantes, como latones, los bronces y la alpaca (aleaciones de cobre, níquel, cinc, y estaño). Además tenemos las calaminas (zamak), aleación de zinc, aluminio, magnesio y cobre. Su principal aplicación es el recubrimiento de piezas de hierro y acero mediante los procesos de galvanizado; Mediante el galvanizado electrolítico se con sigue recubrir las piezas con una delgada capa de cinc que las protege de la corrosión. Resulta costoso por su gran consumo energético. El galvanizado en caliente consiste en sumergir las piezas que se desea recubrir en un baño de cinc fundido durante un corto periodo de tiempo. Con ello se consigue una capa de recubrimiento con un coste energético unitario mucho menor. Este procedimiento se emplea actualmente para proteger las estructuras que han de quedar a la intemperie, como farolas, semáforos, torres de alta tensión...

13 Aluminio bauxita Es uno de los principales componentes de la corteza terrestre, una proporción del 8% en peso. Se encuentra en la naturaleza en forma de oxidos, formando parte de una serie de minerales como: la bauxita. El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicón, cromo, tungsteno, manganeso, níquel, zinc, cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estaño y boro, se producen una serie de aleaciones con propiedades específicas que se pueden aplicar para propósitos diferentes. El aluminio puede ser fuerte, ligero, dúctil y maleable. Es un excelente conductor del calor y de la electricidad; su densidad es de 2.7 g./cm 3 y las temperaturas de fusión y ebullición son de 660º C y 2.467º C, respectivamente. No se altera en contacto con el aire ni se descompone en presencia de agua, debido a que su superficie queda recubierta por una fina capa de óxido que lo protege del medio.

14 Aluminio Su resistencia mecánica es tanto mas pequeña cuanto mas puro sea, aumentando cuando se alea con otros metales, aunque disminuye su ductilidad, resistencia a la corrosión y conductividad térmica y eléctrica. Trabajado en frió adquiere una gran dureza aunque superficialmente se resquebraja, pudiendo recupera su forma inicial, por recocido. El maquinado se realiza con velocidades de corte elevadas, aunque cuando es muy puro se adhiere al filo de corte, trabándolo. A temperaturas próximas a su punto de fusión, se vuelve quebradizo y frágil, se puede pulverizar fácilmente. Puede ser laminado en chapas de un espesor de cerca de 0,4 micras. su reciclaje es relativamente fácil y barato

15 Aluminio: proceso-I Obtención del aluminio
El mineral del que se extrae el aluminio es la bauxita. El método de extracción tiene dos fases: Se emplea un método llamado Bayer y después se combina con la electrólisis: 1. Se tritura y muele el mineral hasta reducirlo a polvo 2. Se mezcla el polvo con sosa cáustica, cal y agua caliente. 3. La sosa disuelve la bauxita, separándose los residuos en el decantador. 4. El material útil se llama alúmina, al cual debe eliminarse todo el agua que posea y refrigerarse. Hasta aquí el método Bayer.

16 Aluminio: proceso-II- segunda fase.
5. Para obtener el aluminio, se disuelve la alúmina en una sustancia llamada criolita a una temperatura de 1000 ºC De esta forma se baja el punto de fusion de los 2000ºC de la alúmina, a unos 900ºC de la mezcla. y se somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio. Los electrodos son de carbono y El baño electrolítico debe tener menor densidad que el aluminio a esa temperatura (alrededor de 2300 kg/m3 a 900 °C), ya que el aluminio ya refinado debe depositarse en el fondo de la cuba electrolítica, saliendo por el fondo del recipiente. Se calcula que por cada tonelada producida de Aluminio metálico, se consumen 460 kg de carbono, proveniente de los electrodos.

17

18 Aplicaciones del aluminio.
Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de aluminio son: Transporte: Como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques, etc. Construcción: Estructuras portantes de aluminio en edificios. Embalaje: papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc. Carpintería metálica: Puertas, ventanas, cierres, armarios, etc Bienes de uso doméstico: utensilios de cocina, herramientas, etc. Transmisión eléctrica: Aunque su conductividad eléctrica es de sólo el 60% de la del cobre, su mayor ligereza disminuye el peso de los conductores y permite una mayor separación de las torres de alta tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura. Recipientes criogénicos (hasta -200 °C), ya que no presenta temperatura de transición (dúctil a frágil) como el acero, así la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas. Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado como combustible sólido de cohete espacial y para aumentar la potencia de explosión.

19 Aluminio aleaciones El aluminio suele alearse con otros metales para incrementar sus propiedades. Los metales con los que se alea el aluminio con mayor frecuencia son: - Cobre.- No suele sobrepasar el 15% del total, pues se vuelve frágil. El cobre aumenta la dureza, facilita la colabilidad aunque disminuye su resistencia a la corrosión. - Cinc.- Aumenta la dureza en frio y al igual que el cobre, la colabilidad. A igualdad de propiedades mecanicas las aleaciones de cinc son mas baratas que las de cobre. Son las aleaciones de aluminio con mejores características mecánicas. Magnesio.- Son menos densas que el propio aluminio, y con elevada resistencia a la corrosión. Manganeso.- Se emplea en aleaciones de forja, aumenta la resistencia mecánica, la dureza y la resistencia a la corrosión. Silicio.- Aumenta la dureza y la resistencia a la corrosión, facilitando la fluidez de la colada. Se utiliza en la fabricación de piezas moldeadas.

20 Níquel.- Es un metal de color blanco brillante.
Tiene un punto de fusión de 1.455 °C, un punto de ebullición de 2.730 °C y una densidad de 8,9 g/cm3. Es duro, tenaz, dúctil y maleable, por lo cual puede forjarse, laminarse o estirarse, tanto en frió como en caliente. Posee resistencia mecánica elevada. Elevado punto de fusión. Resistencia a la corrosión. Aleado con otros metales se utiliza en la fabricación de: Motores de aviación y turbinas. Monedas. El níquel puro se utiliza en: la fabricación de instrumentos quirúrgicos. en la industria química como catalizador de muchos procesos industriales. Como recubrimiento electrolítico (niquelado).

21 Cobalto.- Metal ferromagnético, de color blanco plateado, duro y tenaz. Punto de fusión 1495ºC. Normalmente se encuentra junto con níquel, y ambos suelen formar parte de los meteoritos de hierro. Se utiliza como recubrimiento electrolítico en sustitución del níquel y en la fabricación de instrumentos quirúrgicos. Su aplicación principal es la preparación de aleaciones, entre ellas tenemos: - Aceros de corte rápido al cobalto. - Aleaciones magnéticas. - Aleaciones refractarias. - Metales duros para herramientas de corte.

22 Volframio o Wolframio El volframio es un metal de color gris acerado, muy duro y pesado y de buena conductividad eléctrica. Por su dureza, resulta difícil de mecanizar. Aunque es muy dúctil, para obtener hilos de este metal se necesita emplear hileras de diamante. Tiene el punto de fusión más alto de todos los metales ( 3410ºC). El mineral básico del que se extrae el volframio es la volframita, sustancia que además contiene hierro y manganeso. La metalurgia es relativamente sencilla, pero el elevado punto de fusión del metal dificulta el tratamiento del producto final. . Aplicaciones: Por su elevada ductilidad, su buena conductividad eléctrica y su elevado punto de fusión, resulta especialmente apropiado para fabricar filamentos de lámparas de incandescencia y para resistencias de hornos eléctricos. Asociado con el carbonato, forma carburo de volframio, de extraordinaria dureza. Esta sustancia de emplea en la fabricación de herramientas de corte y de matrices para trabajos en caliente. En materiales aglomerados, se asocia al titanio para fabricar herramientas de corte rápido.

23 Cromo El cromo es un metal de color blanco brillante, muy duro, frágil y de estructura cristalina. Es muy resistente a la oxidación y a la corrosión, y soporta bien las altas temperaturas conservando su aspecto brillante. Aplicaciones: Por su gran resistencia a la corrosión debido a los agentes atmosféricos y otros agentes químicos, se emplea frecuentemente para el recubrimiento electrolítico de otros metales, técnica que recibe el nombre de cromado. Sin embargo, esta capa resulta muy porosa y quebradiza, dado el carácter frágil del cromo, Por ello, el metal debe recubrirse primero de una capa de cobre o níquel y posteriormente se deposita el cromo. El acero de cromo es una aleación de mucha utilidad industrial se emplea en fabricación de cigüeñales, rodamientos, máquinas de corte. Metales duros (Widia ) Se emplea a gran escala en el acabado de vehículos

24 Titanio El titanio es un metal de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica. Se oxida parcialmente y es atacado por los ácidos fuertes, pero soporta muy bien la corrosión de los agentes atmosféricos. Su mena principal es el rutilo pero también se obtiene de la ilmenita. Aplicaciones: Por su densidad relativamente baja y su resistencia mecánica, se utiliza para la construcción del fuselaje de aviones, cohetes y lanzaderas espaciales. Sus aleaciones resultan particularmente duras y resistentes. El carburo de titanio, especialmente refractario, se utiliza en la fabricación de las aletas de turbinas, en la industria aeroespacial y en herramientas de corte.

25 - La mena se calienta al rojo añadiendo carbón y haciendo pasar cloro.
Se reduce con magnesio a 800ºC. en atmósfera inerte Se recalienta a 1000ºC, para eliminar el exceso de magnesio y luego se somete a purificación. Reduciendo la ilmenita con carbón en un horno eléctrico. Obtención del titanio PROCESO Kroll a partir de la ilmenita o el rutilo.

26 Magnesio Elemento químico, metálico, de símbolo Mg,. El magnesio es blanco plateado y muy ligero. su densidad de 1740 kg/m 3 El mineral de magnesio más importante es la carnalita (es el más empleado y se halla en forma de cloruro de magnesio, que se obtiene del agua del mar) El magnesio se conoce desde hace mucho tiempo como el metal estructural más ligero en la industria, debido a su bajo peso y capacidad para formar aleaciones mecánicamente resistentes.   Tiene incontables aplicaciones en casos en donde el ahorro de peso es de importancia. También tiene muchas propiedades químicas y metalúrgicas deseables que lo hacen apropiado en una gran variedad de aplicaciones no estructurales.  Es muy abundante en la naturaleza, y se halla en cantidades importantes en muchos minerales rocosos, como la dolomía, magnesita, olivina y serpentina. Reacciona con ácidos y agua formando gas hidrógeno inflamable, provocando riesgo de incendio y de explosión.

27 Obtención del magnesio
Actualmente se obtiene principalmente por electrolisis de cloruro de magnesio anhídrido fundido al que se añade cloruro de sodio o de potasio. La caldera hace de cátodo mientras que el ánodo es de grafito. El magnesio flota retirándose cada cierto tiempo. Otro método es el de reducción del oxido de magnesio con carbón.

28 Berilio BERILO Es un metal frágil de color gris. Su nombre procede de su principal mineral el berilo. Su punto de fusión es 1287ºC y el de ebullición es 2770ºC, su densidad es de 1,85 g/ cm 3. Al oxidarse en contacto con el aire se forma una capa protectora que puede rayar al vidrio. Si esta puro es maleable. Con impurezas de hierro o de silicio es fragil. Su principal aplicación es como aleante de otros metales a los que proporciona mayor resistencia a la corrosión, mayor dureza y mejores propiedades aislantes. El berilio puro se utiliza en la fabricación de tubos de rayos X, y junto con su oxido, la berilia, como moderador de neutrones en los reactores nucleares. Junto con su oxido cada vez se utiliza mas en ordenadores, equipos láser y televisión. Su aleación principal es con el cobre. Las formas preciosas del berilo son el aguamarina y la esmeralda.

29 FIN DE LAS DIAPOSITIVAS de la 11 Al final del T.13
MATERIALES NO FERROSOS TEMA 13-II