METALES FERROSOS

1 Metales ferrosos

El acero, metal ferroso por excelencia, presenta características particulares que lo hacen muy utilizado en diversas áreas. Se trata de un material maleable, resistente, lustroso así como conductor de calor y electricidad.

Los minerales de hierro (elemento principal del acero) constituyen el cuarto elemento más común en la corteza terrestre. La abundancia de las materias primas para la fabricación de acero como los bajos costos de producción han llevado a su extendido uso a todo nivel.

1.1 Proceso de fabricación

El acero es principalmente una aleación de hierro y carbón. Contiene muy bajos porcentajes de manganeso, sílice, fósforo, azufre y oxígeno.

Se fabrica mediante la fundición de minerales de hierro en un horno para producir lingotes de hierro que son añadidos con hierro de rechazo (o proveniente de reciclaje) antes de someterse a purificación.

Existen dos técnicas principales para la fabricación de acero:

• Hornos a base de oxígeno: para producción de acero laminado.
• Hornos de arco eléctrico: utilizan un 100% de acero de descarte.

La propiedades mecánicas del acero, varían según sus componentes y el tratamiento al calor al que fue sometido.

Anteriormente, los hornos de oxígeno eran hornos abiertos pero hoy en día se realiza un proceso de oxigenación soplando oxígeno casi puro sobre la superficie de hierro fundido.

Existen distintos tipos de aceros:

• Acero blando: contiene menos de 0,15% de carbono
• Acero intermedio: contiene entre 0,15% y 0,3% de carbono
• Acero duro: contiene más de 0,3% de carbono
• Acero inoxidable: es un aleación de acero que contiene más de 8% de elementos de aleación como cromo, níquel y sílice.
• Acero galvanizado: acero recubierto de zinc para potegerlo de corrosión atmosférica.
• Acero para latas utilizado para almacenar alimentos: cuenta con una pequeña capa de estaño que lo hace resistente a los ataques de ácidos orgánicos y a la oxidación.

1.2 Reciclaje de acero

El reciclaje de acero implica principalmente remover los contaminantes para luego fundirlo y volver a forjarlo.

En el caso particular de las latas de alimentos, es necesario remover el estaño. Primero se debe triturar y remover contaminantes para posteriormente realizar la remoción electrolítica de la placa de estaño.

Aquel acero que no contiene estaño tan solo requiere de un buen lavado para remover sustancias químicas para su posterior procesamiento.

El acero es facilmente identificable en los residuos urbanos a través de la separación magnética. Si se logra obtenerlo sin ningún tipo de contaminantes, se trata de un material 100% reciclable y puede reciclarse infinidad de veces. Sin embargo suele encontrarse con algunos elementos que complican su reciclaje como las varillas con hormigón, cercas o tuberías enterradas.

Figura 1: Esquema de reciclaje de acero utilizado para hojalata

Residuos de metales ferrosos

Trituradora

Clasificación para separación de livianos

Tambor para separación de grandes

Separación de estaño

Lavado/embalaje

Acero libre de estaño

Los autos viejos, el material de construcción y los electrodomésticos (cocinas, hornos, lavadoras, heladeras) son una constante fuente de chatarra de hierro y acero.

Previo al reciclaje, es fundamental adquirir prácticas de disminución de la generación de residuos y para el caso de las latas de acero, algunas de las alternativas podrían ser el reducir el espesor de estas latas, sin perder su resistencia y manteniendo sus cualidades como material reciclable.

METALES NO FERREOS

Los metales no ferrosos son aquellos en cuya composición no se encuentra el hierro. Los más importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estaño, aluminio, níquel y magnesio. Hay otros elementos que con frecuencia se fusionan con ellos para preparar aleaciones de importancia comercial. También hay alrededor de 15 metales menos importantes que tienen usos específicos en la industria. Los metales no ferrosos se clasifican en tres grupos: Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³. Ligeros: su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³. Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³.

Materiales no ferrosos pesados

Estaño (Sn):

Características: su densidad, su punto de fusión alcanza los 231 ºC, tiene una resistencia de tracción de 5 kg/mm²; en estado puro tiene un color brillante pero a temperatura ambiente se oxida y lo pierde, en temperatura ambiente es muy blando y flexible, sin embargo en caliente es frágil y quebradizo, por debajo de -18º C se empieza a descomponer convirtiéndose en un polvo gris. Este proceso se conoce como peste de estaño; al doblarse se oye un crujido denominado grito de estaño Aleaciones: las más importantes son elbronce (cobre y estaño) y las soldaduras blandas (plomo + estaño con proporciones de este entre el 25 % y el 90 %) Aplicaciones: sus aplicaciones más importantes son la fabricación de hojalata y proteger el acero contra la oxidación.

• Cobre (Cu):

Características: se encuentra en el cobre nativo, la calcopirita, la calcosina, la malaquita y la cuprita; su densidad es de 8,9 kg/dm, su punto de fusión es de 1083 ºC, su resistencia de tracción es de 18 kg/mm²; es dúctil, manejable y posee una alta conductividad eléctrica y térmica. Aleaciones: las más importantes son el bronce (cobre + estaño),latón que se compone por cobre y cinc. Aplicaciones: Campanas, engranes, cables eléctricos, motores eléctricos.

• Cobalto (Co)

Características: su densidad es de 8,6 kg/dm³, su punto de fusión es de 1490 ºC; tiene propiedades análogas al níquel pero no es magnético. Aleaciones y aplicaciones: se emplea para endurecer aceros para herramienta (aceros rápidos) y como elemento para fabricación de metales duros empleados para herramientas de corte.

Materiales no ferrosos ligeros

Titanio:

-Densidad: 4,45 kg/dm3

-Punto de fusión: 1800 °C.

-Resistividad: 0,8 W•mm2/m.

-Resistencia a la tracción: 100Kg/mm2

-Alargamiento: 5%

• Aluminio (Al):

Características. Se obtiene de la bauxita, su densidad es de 2,7 kg/dm³, su punto de fusión es de 660 ºC, es muy ligero e inoxidable, es buen conductor de electricidad y del calor. Aleaciones y aplicaciones: Al +Mg: se emplea en la aeronáutica y automoción.

Materiales no ferrosos ultraligeros

• Magnesio (Mg):

Características: se obtiene de la carnalita, dolomía y magnesita, su densidad es de 1,74 kg/dm³, su punto de fusión es de 650 ºC. en estado líquido y en polvo es muy inflamable, tiene un color blanco parecido al de la plata, es manejable, y es más resistente al aluminio. Aplicaciones: se emplea en estado duro, tiene pocas utilidades, excepto en la fabricación de productos pirotécnicos y como desoxidante en los talleres de fundición de acero

METALES ALCALINOTERREOS

Serie de seis elementos químicos que se encuentran en el grupo 2 (o II A) del sistema periódico.

Los metales alcalinotérreos son, por orden de número atómico creciente:berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra).

Sus óxidos se llaman tierras alcalinas.

Estado natural y abundancia

Berilio: silicatos: fenacita y berilio. No muy familiar y difícil de extraer

Magnesio: sales en el agua del mar y magnesita

Calcio: calcita, dolomita y yeso

Estroncio: celestita y estroncianita. Concentrados en menas y fácil de extraer

Bario: baritas. Concentrados en menas y fácil de extraer

Radio: escaso y radiactivo

Propiedades físicas

Color blanco plateado, de aspecto lustroso y blandos. El magnesio es gris por una película superficial de óxidos.

Aunque son bastante frágiles, los metales alcalinotérreos son maleables y dúctiles.

Conducen bien la electricidad y cuando se calientan arden fácilmente en el aire.

Tamaño y densidad: Gran tamaño atómico. La carga nuclear efectiva es más elevada y hay una mayor contracción de los orbitales atómicos. Más densos.

Dureza y punto de fusión: Tienen dos electrones de valencia que participan en el enlace metálico, por lo que son más duros. Puntos de fusión más elevados y no varían de forma regular debido a las diferentes estructuras cristalinas.

Propiedades químicas

Son menos reactivos que los metales alcalinos, pero lo suficiente como para no existir libres en la naturaleza.

Menos electropositivos y más básico. Forman compuestos iónicos. El berilio muestra diferencias significativas con los restos de los elementos

Son los Metales que se encuentran ubicados en el grupo IIA de la Tabla periódica, junto con los elementos del grupo IA constituyen los elementos Representativos. Se los llama Metales Alcalino-Térreos porque reaccionan con el agua formando Álcali o Bases y Térreos porque son los metales mas abundantes sobre la corteza terrestre. 
Tienen todas las características de un Metal ( maleables, dúctiles, buenos conductores de la electricidad y del calor, con el O2 forman Óxidos básicos, etc). 
Ejemplos: 
- Calcio 
- Bario 
-Zinc 
- Magnesio. 
- Estroncio. 
- Radio. 
Saludos

La afinidad por el oxigeno del calcio, el estroncio y el bario permite su uso como desoxidantes (o captores de oxígeno) en la producción de acero.

El bario y el estroncio tienen su uso en pirotecnia, como productores de efectos cromáticos. Las sales de bario se usan para producir llamas de color verde, las de estroncio producen llamas de color rojo.

El magnesio. Éste se utiliza en la fabricación de fuentes luminosas para fotografía. Si calentamos magnesio finamente dividido en presencia de oxigeno arde vigorosamente, emitiendo una luz muy intensa. Esto se aprovecha en la fabricación de fuentes de luz para fotografía.

Las ampollas para estos usos que llamamos flashes contienen un alambre o lámina de magnesio en una atmósfera de oxígeno. Cuando se hace pasar una corriente eléctrica, el metal se calienta produciendo la reacción de oxidación antes mencionada.

El magnesio es muy utilizado en forma de aleación con Al, Zn y Mn. Cuando se le agrega al aluminio, aumenta su resistencia o la tracción, hace al cinc apto para el mecanizado y disminuye la erosión en el manganeso (Mn).

Estas aleaciones antes mencionadas son utilizadas en la fabricación de aviones, equipos ferroviarios y utensilios domésticos. Una propiedad muy apreciada en las aleaciones del magnesio es el bajo peso.

METALES DE TRANSICIÓN

Los elementos de transición son aquellos elementos químicos que están situados en la parte central del sistema periódico, en el bloque d, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital d, parcialmente lleno de electrones. Esta definición se puede ampliar considerando como elementos de transición a aquellos que poseen electrones alojados en el orbital d, esto incluiría a zinc, cadmio, y mercurio. La IUPAC define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta o que puede dar lugar a cationes".¹

Son metales de transición, ya que tienen una configuración d¹⁰. Solo se forman unas pocas especies transitorias de estos elementos que dan lugar a iones con una subcapa dparcialmente completa. Por ejemplo mercurio (I) solo se encuentra como Hg₂²⁺, el cual no forma un ion aislado con una subcapa parcialmente llena, por lo que los tres elementos son inconsistentes con la definición anterior.² Estos forman iones con estado de oxidación 2+, pero conservan la configuración 4d¹⁰. El elemento 112 podría también ser excluido aunque sus propiedades de oxidación no son observadas debido a su naturaleza radioactiva. Esta definición corresponde a los grupos 3 a 11 de la tabla periódica.

Según la definición más amplia los metales de transición son los cuarenta elementos químicos, del 21 al 30, del 39 al 48, del 71 al 80 y del 103 al 112. El nombre de "transición" proviene de una característica que presentan estos elementos de poder ser estables por si mismos sin necesidad de una reacción con otro elemento. Cuando a su última capa de valencia le faltan electrones para estar completa, los extrae de capas internas. Con eso es estable, pero le faltarían electrones en la capa donde los extrajo, así que los completa con otros electrones propios de otra capa. Y así sucesivamente; este fenómeno se le llama "Transición electrónica". Esto también tiene que ver con que estos elementos sean tan estables y difíciles de hacer reaccionar con otros. La definición más amplia es la que tradicionalmente se ha utilizado. Sin embargo muchas propiedades interesantes de los elementos de transición como grupo son el resultado de su subcapa d parcialmente completa. Las tendencias periódicas del bloque d son menos predominantes que en el resto de la tabla periódica. A través de ésta la valencia no cambia porque los electrones adicionados al átomo van a capas internas.

Propiedades

Casi todos los elementos son metales típicos, de elevada dureza, con puntos de fusión y ebullición altos, buenos conductores tanto del calor como de la electricidad. Muchas de las propiedades de los metales de transición se deben a la capacidad de los electrones del orbital d de localizarse dentro de la red metálica. En metales, cuantos más electrones compartan un núcleo, más fuerte es el metal. Poseen una gran versatilidad de estados de oxidación, pudiendo alcanzar una carga positiva tan alta como la de su grupo, e incluso en ocasiones negativa (Como en algunos complejos de coordinación).

• Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagnéticas
• Sus potenciales normales suelen ser menos negativos que los de los metales representativos, estando entre ellos los llamados metales nobles.
• Pueden formar aleaciones entre ellos.
• Son en general buenos catalizadores.
• Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio)
• Forman complejos iónicos.