lunes, 29 de agosto de 2011

Conocimiento de los minerales

Considero muy importante el pleno conocimiento de los minerales con los que trabajo. Por esto hago esta recopilación que creo es muy interesante:

LOS MINERALES
Llamamos Minerales a aquellos materiales del suelo o del subsuelo que sirven para ser preparados y transformados en ciertos metales.
1.- Los metales en estado nativo, es decir en estado metálico y más o menos puros, son muy raros. Sin embargo el Oro existe en estado nativo en los filones cuarzosos y en pepitas en las arenas de aluvión. El Cobre, la Plata y el Mercurio también se encuentran en estado nativo.
2.- Lo más frecuente es encontrar el metal combinado con el Oxígeno, el silicio, el azufre, el arsénico, etc. La propia combinación metálica está mezclada con impurezas ( materias ferrosas por ejemplo ) que forman la ganga o estéril. La mezcla de la combinación metálica y la ganga es la mena o mineral.
3.- Se llaman minerales artificiales a los subproductos de algunas industrias, como las piritas tostadas de las fábricas de ácido sulfúrico, los residuos de la fabricación del cobre, del níquel, etc.

CONSTITUCIÓN QUÍMICA DE LA COMBINACIÓN METÁLICA

La combinación metálica puede ser sencilla: óxidos, anhídridos ó hidratos, carbonatos y sulfuros.
a) Como óxidos anhídridos se encuentran: la magnetita Fe3O4 ; la hematites roja Fe2 O3 la casiterita SnO2 ; la pirolusita MnO2 .
b) Entre los óxidos Hidratados tenemos: la hematites parda óxido férrico hidratado 2Fe2 O3 o 3H2 O y la bauxita alúmina hidratada Al2 O3 o nH2 O .
c) Como carbonatos se presentan: la siderosa FeCO3 ; la magnesita MgCo3 ; la calamina o smithsonita ZnCO3 , la whiterita BaCo3 .
d) Al estado de sulfuros tenemos por ejemplo la pirita de hierro , FeS2 : la blenda ZnS; la galena PbS; la cinabrio HgS, la argirosa Ag2 S.
El compuesto metálico se presenta a veces en forma más complicada, resultando más difícil la extracción del metal. Tenemos por eje. La pirita de cobre o calcopirita que es un sulfuro doble de hierro y cobre CU2 S, Fe2 S3 .

La red espacial de los cristales y la ordenación de éstos, varían según la clase de metal y para determinados metales y aleaciones varían según la temperatura, de ésta manera tenemos:
a.- Sistema Cúbico Centrado en el cuerpo (b.c.c.): La celda elemental está formado por 9 átomos, un átomo en cada vértice y uno en el centro, éste sistema es característico de los metales duros ( tungsteno, molibdeno, hierro a y hierro d ,vanadio, sodio, cromo)
b.- Sistema cúbico de cara centrada ( f.c.c.) : La celda elemental está constituida por 14 átomos, un átomo en cada vértice y uno en cada una de las caras del cubo, éste sistema es característico de los metales más dúctiles ( cobre, plata, níquel, plomo, aluminio, hierro g , oro.)
c.- Sistema Hexagonal (c.p.h.) : La celda elemental está constituida por 17 átomos, 14 formando un prisma hexagonal y 3 al centro de la celda. Esté sistema es característico de los metales frágiles ( magnesio, cadmio, zinc, berilio)

Pero un celda sea de cualquier estructura no es una celda aislada si no que están formando una red cristalina, es decir que alrededor de una celda hay otras celdas con quienes comparten los átomos de los vértices, es decir que en la celda bcc. cada átomo de los vértices esta compartido con otras cuatro celdas unitarias.

Polimorfismos y Alotropía: El polimorfismo es la propiedad de los materiales de existir en más de un tipo de red espacial en el estado sólido. Si el cambio en estructura es reversible, el cambio polimorfico se conoce como Alotropía. Por lo menos quince metales tienen esta propiedad y el hierro es el ejemplo más conocido. Cuando el hierro cristaliza a 2800°F es b.c.c. (Fe d ) a 2554°F la estructura cambia a f.c.c. ( Fe g ) y a 1670°F vuelve a transformarse a b.c.c. (Fe a )

Mecanismos de Cristalización: La cristalización es la transición del estado líquido al sólido y ocurre en dos etapas: Formación de núcleos y crecimientos del cristal. En ellos tienen que ver la temperatura y el tiempo, cuando la temperatura desminuye el movimiento de los átomos disminuye favoreciendo la formación de núcleos y de crecimiento de cristales a partir de ellos. A sí mismo en estado líquido tienen diferentes formas de energía producto de la temperatura , estas formas de energía son las cinética y la potencial. La cinética esta relacionada con la velocidad con que se mueven los átomos, la potencial esta relacionada con la distancia entre átomos, ambos tipos de energía se incrementan con la temperatura.

Tamaño del Grano: El tamaño de los granos de una pieza colada está determinado por la relación entre la rapidez de crecimiento y la rapidez de nucleación. Si el número de núcleos formados es alto se tendrá un material de grano fino, si sólo se forman unos cuantos núcleos se producirá un material de grano grueso. La rapidez de enfriamiento es el factor más importantes para determinar la rapidez de nucleación y por lo tanto el tamaño del grano.
DEFORMACIÓN POR DESLIZAMIENTO: Si el cristal de un metal es forzado tensilmente más allá de su límite elástico, se alarga en forma ligera y aparece un escalón sobre una determinada superficie indicando un desplazamiento relativo de una parte del cristal con respecto al resto. Al aumentar la carga se producirá movimiento en otro plano paralelo y dará como resultado otro escalón. Cada alargamiento sucesivo necesita un esfuerzo aplicado cada vez mayor y resulta con la aparición de un escalón, que es en realidad la intercepción de un plano de deslizamiento en superficies del cristal. El Aumento progresivo de la carga producirá eventualmente fractura del material.


METALES: Toman éste nombre las sustancia que tienen las características siguientes : Buena conductibilidad térmica y eléctrica, brillo característico llamado metálico, no se combinan con el hidrógeno, se combinan con el oxigeno formando óxidos, son sólidos a temperatura ordinaria. excepto el mercurio que es líquido.
METALOIDES: Son las sustancias que tienen las características opuestas a los metales.
ALEACIONES: Es la combinación de dos o más metales o de metales con metaloides. Las aleaciones se obtienen fundiendo en un horno varios componentes y dejando enfriar la solución líquida, las características de las aleaciones dependen exclusivamente de los componentes y de la velocidad de enfriamiento. Respecto a los metales las aleaciones tienen una mayor resistencia a la tracción, una mayor dureza, una mayor resistencia a los agentes químicos y al desgaste.

METALES LIGEROS

1.- ALUMINIO.- Es un metal de color blanco plateado, siendo su principal característica su ligereza que lo hace muy útil en muchas aplicaciones, Es dúctil y maleable, buen conductor de la electricidad y del calor, su resistencia a la tracción es baja, valor que se duplica al ser laminado en frío, se funde a 657°C.
No se presenta puro en la naturaleza, sin embargo combinado es uno de los metales más abundantes en la tierra ( 8% de la corteza), y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. el mineral más rico en aluminio es la Bauxita. El Corindón es un oxido de aluminio cristalino. Puro y claro es una piedra preciosa (Zafiro, Rubí, Topacio, Amatista). Otra de las aplicaciones de los óxidos de aluminio es el carborundo como abrasivos, para pulir, asentar válvulas, y el corindón que es un oxido fundido en horno eléctrico y que es el abrasivo de las piedras esmeriles y de rectificar. Pero una de las mayores ventajas del aluminio es que puede ser reciclado una y otra vez sin perder su calidad ni sus propiedades.
El aluminio se puede forjar, laminar incluso a finas láminas, estirar, mecanizar con arranque de viruta, fundir y soldar con diversos procedimientos.
Las aleaciones del aluminio son con el Cu, Si, Mag, Mn, y el Zinc. Las principales aleaciones son: AlCuMg en las que el % de Cu está en 4, 4,2 4,4 4,5 y que son de uso en general, para la fabricación de los remaches se usa una aleación del tipo AlCuMg 2,5, para las culatas, émbolos, cartes y similares se usa una aleación AlCu Ni 4.
La base de todas las plantas fundidores de aluminio primario es el proceso Hall-Héroult, inventado en 1886. La alúmina se disuelve mediante un baño electrolítico de criolita fundida (fluoruro alumínico sódico) en un recipiente de hierro revestido de carbón o grafito conocido como "crisol". Una corriente eléctrica se pasa por el electrolito a un bajo voltaje pero con una corriente muy alta generalmente 150,000 amps. La corriente eléctrica fluye entre el ánodo (positivo) de carbono hecho del coque de petróleo y brea, y un cátodo (negativo) formado por un recubrimiento de carbón grueso o grafito del crisol.
El aluminio fundido es depositado en el fondo del crisol y se revuelve periódicamente, se lleva a un horno, de vez en cuando se mezcla a una aleación especificada, se limpia y generalmente se funde.
El aluminio se forma a cerca de 900°C pero una vez que se ha formado tiene un punto de fusión de solo 660°C. En algunas fundidoras este ahorro de calor es utilizado para fundir metal reciclado que luego es mezclado con el metal nuevo.
También existe el proceso de producción de aluminio llamado BAYER
2.- EL MAGNESIO: Mg Metal de color y brillo semejante al de la plata, es maleable, poco tenaz, y ligero como el aluminio, lo que hace posible su gran aplicabilidad. Tiene un peso específico de 1,78Kg/dm3 es muy inflamable es poco resistente a la corrosión en atmósfera húmedas.
En estado natural forma diversos minerales dentro de los cuales están la Magnesita ( carbonato de Mg: MgCO3 ) la dolomita y la carnalita, al igual que el aluminio el magnesio puro se prepara por electrólisis, en pirotecnia se utiliza como desoxidante y como flash, el magnesio ardiendo hay que apagarlo con arena pues con agua aviva la reacción, es fácil de mecanizar evitando el uso de refrigerantes, fácil también de fundir y conformar.
Por su facilidad de combustión el magnesio sólo se usa aleado, para materiales de construcción ligeros, los aleantes modifican sus propiedades, por ejemplo el Mn aumenta su resistencia a la corrosión, el Al mejora su comportamiento mecánico, el Zinc le comunica gran alargamiento y mucha resistencia.
Más del 95% de las piezas de aleaciones fundidas son por el procedimiento a presión, son ligeras y aproximadamente de la misma resistencia que las piezas fundidas a presión de las aleaciones de aluminio. La aleación más usada es la Fundición Mg AL8Zn1 que se emplea para piezas de motores como cárter, carcazas de árboles de levas, cuerpos de ventiladores, aros decorativos para llantas de vehículos.

METALES PESADOS.

1.- EL COBRE Cu.
Es uno de los pocos metales que se encuentran en forma nativa y principalmente formando minerales, es el de consumo más antiguo y junto con el Aluminio es el metal no férreo más importante, su uso en la electricidad y la electrónica es inestimable.
Los minerales más importantes son la Calcosina ( Cu2S), la Calcopirita (CuFeS2) y las piritas de Cu que son óxidos. La obtención del Cu a partir de los minerales se puede realizar por medio de tres métodos: Por reducción de los óxidos de Cu en hornos apropiados, con lo que se obtiene el Cu metalúrgico, otra forma es tratando los minerales con disolventes adecuados (ácidos sulfúrico o clorhídrico) obteniendo un cobre bruto muy impuro y por último por vía electrolítica con lo que se obtiene un Cu muy puro. En hornos de calcinación se logra eliminar el S combinándolo con el oxígeno formando dióxido de azufre SO2
El Cu es muy maleable pudiéndolo laminarlo en hojas de hasta 0,02mm de espesor, también permite estirarlo en hilos finísimos, sus principales aplicaciones son la fabricación de hilos, cables, láminas para la electricidad, para la calderería y en aleaciones en múltiples aplicaciones. El Cu puede forjarse, laminarse, repujarse, embutirse mecanizarse con arranque de viruta, colarse y soldarse. En estado líquido absorbe gases (oxígeno, dióxido de carbono) por lo que los bloques de Cu colado presentan poros. Su densidad es de 8,9Kg/dm3 su punto de fusión es de 1084°C alta conductividad térmica unas 8 veces mayor que el acero y su conductibilidad eléctricas es de 7 veces mayor que el acero. En el aire se oxida formando oxido de cobre CuO, en atmósfera de aire húmedo forma con el dióxido de carbono una capa superficial protectora de Carbonato de Cobre Cu CO3
El cobre industrialmente se combina con otros metales y encuentra múltiples aplicaciones entre ellos tenemos, el Zn, el Sn, el Ni, el Al y el Hierro. Con el Zn forma los llamados latones, que tienen una buena colabilidad, resistencia a la corrosión y templabilidad en frío. Con el níquel el cobre forma una aleación que adquiere un color blanco de plata y que se conoce con el nombre de plata alemana y de alpaca. Con el Estaño a su aleación se le conoce como Bronce en una proporción de 60/40 tiene una buena resistencia mecánica y a la corrosión, buena capacidad de deslizamiento por lo que se le emplea como cojinetes antifricción ruedas helicoidales, especialmente cuando son fundición por centrifugación, el grano de toda la masa es homogéneo