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Metales no ferreos - Contenido educativo

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Subido el 15 de agosto de 2018 por Isabel L.

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Este es el último vídeo del capítulo de materiales y en él vamos a hablar sobre los materiales metálicos no férreos. 00:00:04
Os recuerdo que en otras excepciones en el mundo tecnológico se utiliza el metal puro, se utilizan aleaciones, 00:00:12
que pueden ser o sustitucionales o intersticiales, como hemos visto en el capítulo anterior. 00:00:22
Y que dependiendo de las condiciones de enfriamiento y calentamiento, pues se pueden modificar sus propiedades. 00:00:26
Entonces aquí pues vamos a ver otras aleaciones metálicas cuyo disolvente no es el hierro y que son muy conocidas por sus aplicaciones dentro de nuestra sociedad actual. 00:00:37
aunque con la escasez 00:00:53
lo que también es cierto es que las menas de los metales 00:00:57
cada vez escasean más 00:01:02
y bueno, pues la tendencia actual es 00:01:04
intentar reciclar lo más posible 00:01:08
porque pues las menas ya prácticamente 00:01:11
muchas de ellas están agotadas 00:01:14
por ejemplo las de cobre están agotadas prácticamente todas 00:01:17
Vamos a seguir más o menos este índice, vamos a hablar un poco en general de lo que es la metalurgia en general, aunque evidentemente no se puede resumir en 20 minutos. 00:01:20
Después vamos a intentar puntualizar algo sobre el cobre y aluminio que son los dos que tienen más importancia después de las aleaciones de hierro, después de los aceros. 00:01:36
Y bueno, pues después haremos un pequeño comentario sobre otros metales. 00:01:51
Bueno, las aleaciones no férreas se pueden clasificar atendiendo su densidad en pesadas y ligeras. 00:01:56
¿Dónde está el límite? Pues el límite suele ser la densidad del titanio. 00:02:04
El titanio diferencia entre lo que es una aleación pesada, si es más denso que el titanio, o ligera, si es igual o menos denso que el titanio. 00:02:11
Hablamos de aproximadamente 2 gramos por litro o 2 gramos por centímetro cúbico, más o menos por ese orden, es la densidad. 00:02:21
Entonces, para las aleaciones más pesadas, pues aquí hemos puesto como ejemplo el cobre, es el que más destaca 00:02:32
y está también el estaño y el plomo, que tienen algunas aplicaciones muy puntuales 00:02:40
por ejemplo para las hojalatas, en la soldadura blanda 00:02:47
el níquel, que es fundamental, el cromo y el níquel son fundamentales para la industria de los aceros inoxidables 00:02:51
el volframio que es un material metal muy utilizado por ejemplo pues para las bombillas 00:02:59
y para aplicaciones refractarias resistencia a la temperatura y luego entre las ligeras aparte 00:03:08
del propio titanio pues está el aluminio que se utiliza mucho para fuselajes por sus 00:03:16
buenas propiedades mecánicas y su buena combinación de propiedades mecánicas con 00:03:23
densidad aunque eso está cambiando porque los materiales compuestos están compitiendo con el 00:03:29
aluminio y además pues el aluminio cada vez es más caro porque la bauxita está cada vez escasea más 00:03:37
y además el procedimiento obtención de aluminio es muy complejo como veremos a continuación y 00:03:44
luego aleaciones súper súper ligeras como las aleaciones de litio y magnesio que esas también 00:03:51
pues están siendo sustituidas por estos productos compuestos estos materiales compuestos pues por 00:03:58
precisamente por el por el precio y por la escasez de estas materias primas claro a ver las aleaciones 00:04:06
metálicas tienen que obtenerse en la naturaleza los metales no existen como tal sino que existen 00:04:16
combinados, combinados sumando minerales. Y esto sí, pues ya sabemos por lo que hemos 00:04:23
comentado, se puede encontrar una concentración mayor o menor. La concentración es la ley. 00:04:31
Entonces, tiene ahí unas leyes mínimas para que sea económicamente rentable la explotación 00:04:37
de una mina. En cualquier caso, teniendo en cuenta los procesos que hay de obtención 00:04:42
de materiales, pues no todos los minerales existen. Por ejemplo, la pirita es un mineral 00:04:49
sulfuro de hierro que existe en la naturaleza. Sin embargo, la pirita no se utiliza para 00:04:56
obtener aceros, como hemos visto en el capítulo anterior. Sí se utiliza para obtener ácido 00:05:03
sulfúrico, pero no para obtener aceros. Piritas hay muchas en la naturaleza. Hay muchos materiales 00:05:09
que se combinan con el azufre. Uno en concreto es el cobre. El cobre se encuentra en la naturaleza 00:05:18
en forma de calcopirita. La calcopirita es un sulfuro de cobre hierro, cada vez más 00:05:24
escaso. La galena también es un sulfuro, es un sulfuro de plomo. Las egipcias la utilizaban 00:05:31
como sombra de ojos. El mercurio se tiene en forma de cinabrio. El cinabrio es la mena 00:05:39
del mercurio. El zinc se obtiene de la blenda y el aluminio se obtiene de la bauxita. Y 00:05:46
bueno, pues esas son las principales menas de los principales materiales, de los principales 00:05:54
materiales metálicos. Cada una tiene la suya. Bueno, está claro que ese mineral hay que 00:06:00
triturarle, hay que concentrarle por procedimientos de flotación u otra serie de procedimientos 00:06:09
y al final, pues habrá que reducir el mineral para obtener el metal. 00:06:14
¿Cómo se hace esto? 00:06:23
Bueno, pues si tenemos suficiente cantidad de mineral, se puede proceder a una descomposición por calor. 00:06:24
Cuando los óxidos se calientan suficientemente, se llegan a descomponer incluso. 00:06:33
pero si esto no es factible, si no es descomposición por propio calor 00:06:37
pues podemos utilizar algún componente reductor 00:06:45
que como en el caso del hierro suele ser el coco 00:06:50
por ejemplo el plomo se obtiene de esta manera 00:06:53
en altos hornos iguales que a los altos hornos que hemos visto para el arrabio 00:06:56
Bien, si las menas tienen una ley baja, son poco concentradas, pues generalmente se procede a lo que se conoce con el nombre de la hidrometagogia. 00:07:02
¿Qué se hace? Bueno, pues si la mena en sí no es muy soluble en agua, pues se la convierte en algún tipo de sulfato, se le hace una tostación sulfatante. 00:07:16
Entonces, es regada con disoluciones que son ligeramente ácidas y que lo que hacen es lixiviar, disolver, a partir de ese mineral, disolver el metal. 00:07:27
En este proceso de disolución, hoy en día se utilizan mucho agentes biológicos, porque son las sulfobacterias, las sulfoferrobacterias, que hay un tipo de bacterias muy primitivas que usan materiales inorgánicos y, por ejemplo, se comen en hierro o se comen en azufre y eso nos viene muy bien. 00:07:44
obtenemos una disolución evidentemente del metal 00:08:11
pero como podéis imaginar 00:08:16
pues tiene muchísimas impurezas 00:08:18
hay que proceder a concentrarla 00:08:21
y eliminar todas esas impurezas 00:08:24
para al final precipitar 00:08:26
a partir de esa disolución el metal 00:08:29
aún así sale muy sucio 00:08:33
entonces para determinadas aplicaciones 00:08:36
hay que proceder a la afino 00:08:38
Y la mayor parte de los afinos son afinos de tipo electrolítico. Es decir, lo que hacemos es colocar el elemento impuro en una cuba electrolítica, mediante la corriente eléctrica, 00:08:40
hacemos que ese metal impuro, ese metal que está con una concentración la que sea, se vaya disolviendo y se reprecipite, 00:08:59
pero esta vez en estado puro, en una cuba electrolítica y ya con un alto grado de pureza. 00:09:11
Este suele ser el procedimiento típico de la industria hidrometalógica. 00:09:24
Los procedimientos de afino, como hemos visto aquí, pues tenemos, volvemos otra vez al tema de la electrólisis, que es la que tenemos aquí 00:09:29
Entonces, el cobre con impurezas se oxida, las impurezas quedan en lo que se llaman los barros anódicos 00:09:39
Y se reprecipita en el electrolitio, en el cátodo, y ya eliminando todas las impurezas 00:09:47
Otro procedimiento, por ejemplo, también de afino 00:09:57
que se utiliza, por ejemplo, para el silicio 00:10:00
es lo que se conoce como la fusión por zonas 00:10:04
Las impurezas no son igualmente solubles en el líquido que en el sólido 00:10:08
y se utiliza esta diferencia de solubilidad 00:10:13
para conseguir concentrar las impurezas en la cabeza y en la cola 00:10:17
de una determinada barra 00:10:24
De tal manera que en el centro nos va a quedar el metal puro 00:10:25
Y es otro procedimiento que también se utiliza de afino en la metalurgia 00:10:30
Bueno, vamos entonces ya a fijarnos en un caso concreto 00:10:35
Muy útil, todavía con muchísimas aplicaciones dentro de la tecnología, que es el cobre 00:10:40
La mena del cobre, como hemos dicho al principio, es la calcopirita 00:10:48
La calcopirita tiene cobre y hierro. Si yo cojo esa calcopirita y la fundo, el cobre tiene una tendencia a disolverse en el azufre, mientras que el hierro tiene más tendencia a disolverse en el oxígeno. 00:10:52
Y por esa razón, simplemente por el procedimiento de fusión, obtengo distintas capas al fundir y una de ellas, que es la rica en azufre, es la que va a ser rica en cobre y eso nos va a permitir separar el cobre del hierro porque el proceso realmente es difícil separar el cobre del hierro. 00:11:10
Solo conseguimos separarlo de esta manera y una vez que ya tenemos la mata de cobre, después el cobre se puede eliminar el azufre que hay en esa mata insuflando oxígeno, pues el exceso de oxígeno hay que eliminarlo con madera verde que tiene una cierta cantidad de monóxido de carbono y que no se oxide y aún así todavía tenemos problemas. 00:11:32
Hoy en día las menas de cobre lo que sí es cierto es que son pobres y para que el proceso pirometalúrgico sea económicamente rentable se necesitan menas ricas, porque la cantidad de energía que se necesita para fundir el cobre y los cobres y los hierros y obtener las matas es muy grande. 00:12:02
Por eso es más común que el cobre hoy en día se obtenga mediante un proceso hidrometalúgico. 00:12:24
Se tuesta la calcopirita, se obtiene el sulfato de cobre, el sulfato de cobre es muy soluble en agua, 00:12:31
entonces regándolo con una solución ligeramente ácida se consigue elixiriar el cobre 00:12:39
y después se procede a un procedimiento de purificación. 00:12:45
Una forma de purificar es utilizando las resinas intercambiadoras de iones. Estas resinas intercambiadoras de iones van a permitir, por ejemplo, purificar este tipo de disoluciones. 00:12:51
Después, a partir de esa disolución, que ya es una disolución limpia, se puede proceder a una cementación o una electrólisis, en la cual ya se obtiene el cobre. 00:13:05
Si no tiene suficiente grado de pureza, se le da una última electrólisis de afino. 00:13:22
Las aplicaciones del cobre son muchas, están interrelacionadas con las aleaciones más importantes del cobre. 00:13:29
El cobre puro como tal, luego lo mencionaremos, se utiliza sobre todo en la industria eléctrica como conductor. 00:13:36
Pero el cobre se suele alear con otros materiales, sobre todo, por ejemplo, con estaño. 00:13:43
Cuando se alea con otros materiales se habla de bronces. 00:13:51
El bronce más utilizado es el estaño. 00:13:54
Entonces, las aleaciones de cobre y estaño, que son los bronces, son muy utilizadas sobre todo en el mundo de la calderería. 00:13:58
También se puede aliar con zinc, obteniendo latones. Los latones también se utilizan dentro del mundo de la caldería porque tienen mejores propiedades anticorrosión y dependen de determinadas concentraciones, sobre todo el de 40% es muy utilizado. 00:14:06
Puede ser monofásico, bifásico y también como elemento decorativo. 00:14:25
Teniendo en cuenta la poca cantidad de nena de cobre que tenemos, las leyes de las nenas de cobre, 00:14:32
pues dentro de poco el cobre va a ser como la plata, un elemento de joyería, porque va a haber muy poco cobre. 00:14:39
Aún así todavía, por ejemplo, hay aleaciones de cobre, cobre níquel, que se utilizan para acuñar monedas. 00:14:48
Por ejemplo, el acuñado de monedas también es muy utilizado. 00:14:55
La calderería y, como conductor eléctrico, esas son sus principales aplicaciones. 00:14:59
El aluminio. Se encuentra en la naturaleza en forma de bauxita. 00:15:07
La bauxita es un óxido de aluminio. 00:15:11
Y es súper estable. Es decir, la posibilidad que tendríamos de reducir la alumina con un coque 00:15:14
es muy remota 00:15:27
porque necesitaría muchísima 00:15:28
energía, es prácticamente imposible 00:15:31
entonces hay que utilizar otro 00:15:32
procedimiento 00:15:34
y ese procedimiento es una 00:15:35
electrólisis 00:15:38
ígnea, en estado de sal 00:15:39
fundida 00:15:42
para ello necesitamos 00:15:43
el electrolito y evidentemente 00:15:46
lo que se procede es 00:15:48
la lúmina 00:15:50
es un producto 00:15:53
anfótero, es decir, se puede 00:15:54
se solubiliza tanto en ácidos como en alcalis. Lo que se hace es una solubilización de la 00:15:56
alumina en un alcalí, en este caso la sosa, y se genera una sal, un aluminato que se conoce 00:16:04
con el nombre de criolita. Esa criolita es la que se va a descomponer en estado fundido 00:16:15
Y para ello se emplean, lo que vemos aquí, electrodos de grafito. 00:16:24
Entonces, al descomponer la criolita, se obtiene el aluminio, que luego puede ser afinado. 00:16:32
Al igual que el cobre puro, también es muy utilizado, bueno, muy utilizado, es utilizado como tal, 00:16:43
tanto por la industria eléctrica como para hacer perfiles, por sus buenas propiedades anticorrosión, porque es E-pasiva, y por su baja densidad. 00:16:49
Pero además el aluminio es susceptible en estado aliado de ser endurecido por el procedimiento denominado precipitación-envejecimiento 00:17:02
que consiste en la matriz de aluminio, por así decirlo, hacer precipitar una segunda fase 00:17:14
y esa segunda fase, cuando es coherente con la matriz, ancla las dislocaciones y endurece la aleación. 00:17:23
Hay dos elementos que permiten esto, los duraluminios y los ilumines. 00:17:34
El proceso de envejecimiento por endurecimiento, por precipitación, fue descubierto en los buraluminios, porque ahí se da de forma prácticamente espontánea. 00:17:39
No necesitamos hacer ni siquiera tratamiento térmico. 00:17:51
Como vemos en el diagrama aluminio-cobre, hay un eutéctico, entonces si nosotros vamos enfriando, se segrega una primera fase pre-eutéctica 00:17:54
y llegará un momento en que empezaremos a precipitar la segunda fase. 00:18:07
Cuando esta es coherente con la matriz es cuando produce ese efecto de anclaje 00:18:16
y cuando ya deja de ser coherente pues entonces está sobre envejecida 00:18:20
pero aún así se da un endurecimiento por dispersión. 00:18:25
En el caso del aluminio y el silicio, el caso de los ilumines, sí necesita tratamiento térmico, no es espontáneo, pero también las propiedades mecánicas son mejores. 00:18:32
El endurecimiento por precipitación es más estable, se produce peor el envejecimiento. 00:18:46
El aluminio, aparte de en calderería y en la industria eléctrica, porque también tiene muy buenas propiedades como conductor eléctrico, se utiliza para fuselajes en la industria de transporte. 00:18:52
La relación resistencia-densidad es muy buena y el principal consumidor es la industria aeronáutica. 00:19:11
El problema que tiene el aluminio es que no se suelda, porque claro, como tiene esa alumina, la soldadura de aluminio es poco factible, pero sí se remacha. O sea, las uniones de aluminio son por remachado y son bastante buenas y bastante estables. 00:19:22
Entonces, todavía, aunque los materiales compuestos están ahí compitiendo ya con el aluminio, todavía las estructuras, principalmente fuselajes, se hacen con aluminio. 00:19:39
Otros, bueno, uno muy interesante es el titanio 00:19:50
Lo que pasa es que el titanio escasea en la naturaleza 00:19:55
Pero desde el punto de vista científico es buenísimo 00:19:59
En la naturaleza existe en forma de rutilo 00:20:04
Y le pasa un poco lo que a la alumina 00:20:07
Es difícil de reducir 00:20:10
Entonces, ¿qué es lo que se hace? 00:20:14
Pues se le pasa a cloruro 00:20:16
tenemos el tetracloruro de titanio 00:20:21
y eso ya se descompone térmicamente 00:20:23
más sencillamente 00:20:25
también 00:20:26
se pasiva como el aluminio 00:20:28
con lo cual las propiedades anticorrosivas 00:20:31
son buenísimas 00:20:33
la densidad es muy buena 00:20:34
tan buena 00:20:37
casi o mejor que el aluminio 00:20:39
y también es susceptible 00:20:40
de ser endurecido por precipitación 00:20:42
es incluso 00:20:45
tiene mejores propiedades que el aluminio 00:20:47
y mejor relación resistencia mecánica 00:20:49
densidad 00:20:53
¿cuál es el problema del titanio entonces? 00:20:57
¿por qué no se utiliza? 00:20:59
¿por qué se utiliza el aluminio en el titanio? 00:21:00
pues porque el titanio es caro 00:21:03
bastante caro 00:21:05
y aunque se hacen algunas piezas 00:21:06
de titanio 00:21:08
la verdad es que es un material 00:21:09
estratégico 00:21:12
como el golframio es casi mucho en la naturaleza 00:21:13
y bueno, es carito 00:21:16
y entonces pues solamente se justifica su uso en casos muy concretos 00:21:18
el plomo, ya hemos hablado de que las egipcias usaban la galena como sombra de ojos 00:21:24
se obtiene de la galena, la galena se tuesta y después se reduce en un horno de cuba 00:21:31
igual que en el caso del acero 00:21:37
el plomo es muy blando, muy maleable y por eso muchas veces se utiliza 00:21:38
por eso precisamente, porque se deforma muy fácilmente y tiene gran plasticidad. 00:21:44
Antes se utilizaban en tuberías y para hacer baterías de coches, 00:21:51
pero el plomo tiene un gran problema y es que es tóxico, da lugar a saturnismo. 00:21:58
Entonces, pues las tuberías de plomo hoy en día no se utilizan demasiado 00:22:04
y ha sido totalmente sustituido por el polipropileno y por el etileno reticulado. 00:22:07
Aún así, todavía tiene aplicaciones en el campo de la soldadura blanda y para como blindaje, en el campo también de la industria del vidrio, para algunas pinturas y sobre todo para aislante nuclear. 00:22:12
La industria de los rayos X y la industria nuclear se utiliza como aislante 00:22:38
Ahí es donde realmente tiene muy buenas aplicaciones y tiene importancia todavía hoy 00:22:43
Por poner otros metales, el estaño que se obtiene de la casiterita 00:22:49
Pues sabemos que es material de aporte de la soldadura blanda 00:22:56
Y también se utiliza como recubrimiento anticorrosivo en la hojalata 00:23:01
que se utiliza, recordemos, para las conservas 00:23:07
el zinc también le tenemos en la blenda 00:23:12
también se obtiene por un proceso parecido al acero 00:23:18
y aunque no tiene muchísimas propiedades 00:23:22
su principal propiedad y su principal aplicación 00:23:25
es en aceros galvanizados 00:23:29
un poco como el estaño 00:23:31
se utiliza como ano de sacrificio para proteger a los aceros 00:23:33
y bueno pues podríamos hablar de otros muchos 00:23:37
el volframio 00:23:40
el uranio incluso 00:23:41
vamos a dejar aquí por hoy 00:23:44
y bueno pues si queréis algo más 00:23:47
lo podéis buscar en internet 00:23:49
me lo podéis preguntar a mi 00:23:50
o podéis esperar 00:23:52
y hacer 00:23:54
hacer esta asignatura 00:23:55
en la universidad 00:23:59
Idioma/s:
es
Autor/es:
ISABEL LAFUENTE
Subido por:
Isabel L.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
150
Fecha:
15 de agosto de 2018 - 16:02
Visibilidad:
Público
Centro:
Sin centro asignado
Duración:
24′ 02″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1920x1080 píxeles
Tamaño:
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