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Los Metales


 



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Arquitectura. Metalurgia. Propiedades. Hierro. Cobre. Cinc. Plomo. Aluminio. Estaño

En la naturaleza existe una considerable cantidad de metales que se pueden obtener, pero para la realización de esta investigación solo se usarán los más usados en la construcción. Pocos de estos metales se encuentran de forma nativa en la naturaleza; estos pueden encontrarse químicamente combinados formando diversos compuestos minerales, tales como óxidos, carbonatos, sulfuros, etc.
Estos compuestos se hallan en los yacimientos formando la mena, que es toda materia de origen natural de la cual se puede extraer uno o más metales.
Las menas, generalmente contienen cantidades variables de materias extrañas, piedras o tierras, que se denominan gangas. La combinación de la mena y la ganga es lo que constituye el mineral.
Se considera que el hierro fue el primer material utilizado por el hombre, llegándose a creer que ya era conocido siete mil años antes de J.C. No se ha podido establecer con exactitud su edad, porque éste se destruye al convertirse en herrumbre u orín.


LOS METALES


1- Metalurgia.

A las operaciones físicas y químicas necesarias para extraer los metales de sus menas y la preparación posterior para su uso, se le llama Metalurgia.
Hay que someter a loso minerales a una serie de operaciones cuya finalidad es separar la mena de la ganga y después aislar el metal. Las operaciones son las siguientes:
- Tratamiento preliminar, en el cual son removidas las materias extrañas y el mineral es puesto en forma adecuada para el tratamiento inmediato.
- Reducción, consiste en reducir al componente del metal en metal libre.
- Refinamiento, el metal es purificado, y en algunos casos se le añade sustancias con el propósito de darle cierta propiedades al producto final.


2- Propiedades.

Entre las principales propiedades de los metales figuran las siguientes:
Maleabilidad: Es la capacidad de un metal para transformarse en lámina, sin rotura, por la acción de presiones.
Ductilidad: Es la propiedad que tiene un metal de dejarse estirar en hilos.
Tenacidad: Es la resistencia a la rotura por tensión que presenta los metales.
Fragilidad: Es la facultad de un metal de romperse por la acción del choque o por cambios bruscos de temperatura. Muchas veces se confunde la fragilidad con debilidad, siendo propiedades independientes. Un material es frágil cuando su deformación es casi nula antes de romperse.
Forjabilidad: Es la propiedad mediante la cual puede modificarse a la forma de un metal a través de la temperatura.
Soldabilidad: Es la propiedad que tienen algunos metales, por medio de la cual dos piezas de los mismos se pueden unir formando un solo cuerpo.
Temple: Es la propiedad para la cual adquiere el acero una dureza extraordinaria al calentarlo de 600 C y enfriándolo bruscamente en agua.
Oxidación: Los metales en la construcción se oxidan por acción del oxígeno del aire. Hay metales impermeables en los cuales la pequeña capa de óxido o carbonato que se le forma en la superficie, protege al resto de metal, como es el caso del cobre, aluminio, plomo, estaño y cinc, entre otros. Hay otros metales, como el hierro, que son permeables y la oxidación penetra el metal hasta destruirlo.


HIERRO

La Siderurgia es la rama de la metalurgia que estudia todo lo referente a la extracción, transformación y aplicaciones del hierro.


4- Minerales.

El hierro se encuentra en estado natural en Groenlandia, y en estado de combinación es muy abundante en la corteza terrestre, constituyendo un 5% de la misma.
Los minerales de hierroo más usados como materia prima para la obtención de este metal son:
- Magnetita, cuyo yacimiento más importante se encuentran en Suecia, España y EE.UU. En la Rep. Dom. Existen pequeños yacimientos de este mineral.
- Siderita, se halla principalmente en Inglaterra.
- Hematita, existen yacimiento en Estados Unidos, Alemania, Rusia y España.


4- Hierro Puro.

El hierro químicamente puro (Fe) es un elemento de color gris azulado, que funde a 1,259 C. No tiene aplicación en la construcción, por lo que relegamos su estudio a la química.
El hierro que se encuentra en el mercado y se utiliza en la industria no es puro, sino una aliación de hierro y carbono.


5- Obtención del Hierro.

En la industria, el procedimiento más normal de obtención del hierro, partiendo de los minerales, es la reducción de éstos por carbón.
El proceso simplificado consiste en tratar el óxido de hierro con el carbonato, formándose óxido de carbonato y hierro libre. Si se trata el óxido de carbono con más óxido de hierro, se forma anhídrido carbónico y más hierro libre.
En el proceso indirecto se empieza por reducir el óxido de hierro par obtener colado o fundición.


6- Aleaciones con otros elementos.

Los productos quirúrgicos comúnmente van acompañado de otros elementos, además del carbono, que pueden ser pequeñas cantidades como impureza o bien grandes cantidades que le modifican sus propiedades. Los más comunes son el silicio (Si), azufre (S), fósforo (P), aluminio (Al) y manganeso (Mn).
El silicio, si está contenido en pequeñas proporciones es favorable a la resistencia, pero si aumenta su contenido, hace el acero más fusible, por lo cual disminuye su soldabilidad.
El azufre es siempre perjudicial.
El fósforo es favorable para el forjado en caliente, pero hace quebradizo al hierro en frío cuando se encuentra en gran cantidad. También dismuye el punto de fusión del hierro.
El manganeso es el metal que con más frecuencia acompaña el acero al que comunica importantes propiedades. Favorece la maleabilidad y disminuya ligeramente la velocidad de corrosión del acero. Aumenta la dureza.
El aluminio hace el acero más fusible y más moldeable.


6- Hierro Dulce.

Es de color gris claro. Funde a temperatura de 1,500 C y puede soldarse consigo mismo. Es tenaz.


7- Fundición.

El hierro colado o fundición se fabrica en los llamados altos hornos. Se caracteriza por servir para moldeo, ser resistente a la compresión y tener fragilidad. Se puede obtener varias clases de hierro colado dependiendo del proceso de fabricación, del enfriamiento, de la materias primas y de la ganga del mineral, pudiéndose dividir en dos grupos: fundiciones ordinarias y fundiciones especiales.
Las Fundiciones Ordinarias están formadas principalmente de hierro y carbono. Puede ser: la fundición gris, la fundición blanca y la fundición maleable.
Las Fundiciones Especiales pueden ser: ferromanganesas y ferrosilíeas.
Cuando sale de la fundición del alto horno tiene una gran elevada proporción de carbono y de elementos que alcanza el 7% de la masa total.
Para expulsar de la masa de hierro estas impurezas se procede al afino de la fundición, que consiste en oxidar los elementos por la acción del aire y de escoria ricas en óxido.
Los procedimientos de afino son: pudelado, afino en convertidores (Bessemer o Thomas), Procedimiento de Martin Siemen, acero al crisol, acero eléctrico y acero con cementación.
Los tres primeros pueden dar hierro dulce o aceros y los otros métodos se emplean únicamente para la obtención de acero.


8- Forma Comerciales.

Las formas comerciales del hierro y del acero son muy variables basta consultar los catalagos de la casa distribuidoras para verificar la gran diversidad. Las principales formas son barra y hierro perfilados, los cuales son considerados como productos elaborados.
Las barras pueden ser planas, cuadradas, hexagonales y redondas. Se laminan a partir de acero y hierro dulce. El acero dulce estirado en grandes longitudes constituye el alambre con diámetro que varia de 0.2 mm. a 5 mm.
Dentro de los hierros perfilados se encuentran los angulares, los canales, las T, las dobles T.
Las formas comerciales más corrientes de la fundición son tubos y columnas.


9- Aplicaciones.

Los productos siderúrgicos tienen una numerosa y versátil aplicación. Son elementos resistentes en las estructuras, integrantes de las instalaciones o bien piezas decorativas.
a) Fundición: Su aplicación más importante, de acuerdo a algunos autores, es el afino para transformarla en acero o en hierro dulce.
Se emplea, además, en la obtención de piezas moldeadas como tubos, usados mayormente en al conducción de agua potable; piezas especiales de fontanería, como codos, reducciones, etc.; Columnas, las cuales en la actualidad han sido sustituida por perfile; piezas ornamentales.
b) Hierro Dulce: Los comunes se usan en perfiles, los ordinarios en trabajos de cerrajería, los finos en piezas en general y los extrafinos en piezas metálicas.
c) Acero: Según el contenido de carbono los aceros se clasifican en extradulce, muy dulce, dulce, semiduro, duro, muy duro, y extraduro.
El acero extradulce se emplea para fabricar clavos y remaches.
El acero muy dulce se emplea en la fabricación de piezas de construcción como varilla y perfiles.
El acero dulce se destina a la confección de piezas de máquinas y tornillos.
El acero semiduro se utiliza en la fabricación de piezas mecánicas de carros.
El acero duro se utiliza en la fabricación de carriles grandes, resortes, martillos, cuchillos, ejes y muelles sencillos.
El acero muy duro tiene su principal aplicación de carriles pequeños, resorte de gran resistencias, cuchillos finos y sierras.
El acero extraduro tiene su principal utilidad en la confección de herramientas.
La diferencia principal en esos acero consiste en el porciento de carbono que contiene. Los aceros extradulce son los que menos por ciento de carbono contienen, mientras que los extraduro son los que más cantidad de carbono contiene y también mayor resistencia y dureza.
Los aceros también se clasifican atendiendo al procedimiento de obtención, a sus usos y al elemento aleado que los acompañan.
Atendiendo al proceso de obtención se clasifican en: Bessemer, eléctricos y duplex.
Por el uso en acero estructural, acero naval, acero de remaches, etc..
Y por medio de elementos en aleación en aceros Sílice, acompañado de Si, es de alta resistencia y bajo peso; acero manganeso, acompañado de Mn; acero cromo, aleado con Cr, conocido comúnmente como acero inoxidable por tener esa propiedad; acero níquel, acompañado de Ni.


9- Protección del Hierro.

El hierro se protege de la oxidación por medio del revestimiento con:
Pintura: Se empieza por limpiarlos y lavarlos con agua acidulada, con clorhídrico y cepillo metálico después se recubre con una capa de pintura de aceite.
Grasa: Protege a los cuerpos ferroso no expuesto a la intemperie y durante corto tiempo. Deben ser neutro, ya que de lo contrario se convertirían ellas mismas en oxidantes.
Cemento: Con una lechada de mortero de cemento Portland se puede proteger el hierro de la oxidación.
Electrólisis: Consiste en colocar una capa de oxigeno al pieza siderúrgica, lo cual proporciona una protección eficaz. Esto se logra mediante la oxidación del ánodo. Es lo mismo que sucede con el aluminio y el cinc, y que evita que éstos se oxiden. La diferencia está en que estos últimos ocurre por vía natural y no artificial, como en el hierro.
Metalización: Consiste en recubrir el hierro con una película de cinc, estaño o plomo, fundidos por medio de inmersión. Cuando se usa cinc en el hierro se llama galvanizado o cincado. Si se usa estaño las piezas se llaman estañadas, si en cambio se usa plomo el hierro se conoce como emplomado. De estos el cinc y el estaño se adhieren mejor al hierro.
La Galvanización: Consiste en calentar el cinc hasta fundirlo y darle un baño de inmersión al hierro en el cinc fundido, para que se recubra por una capa delgada de este metal.


COBRE


10- Estado Natural.

Se encuentra nativo principalmente en EE. UU., Bolivia, Chile y Japón. Combinado se halla el Azurita (CO3Cu.Cu(OH)2), también la Cuprita (Cu2O) y la Clacopirita (S2FeCu) que es el principal mineral utilizado en la obtención del cobre. En la Rep. Dom. hay yacimiento de Calcopirita y Cuprita en la cordillera central y se cree que el cobre será el próximo mineral Dominicano a explotarce en pequeña y mediana escala.


11- Obtención.

El método seguido en la industria para extracción del cobre son dos: vía seca y vía húmeda. El más importante es por la vía seca, que se basa en proceso de tostación y fusión del mineral.


12- Propiedades.

Es un material de color rojizo. Es blando, maleable y tenaz. No se oxida al contacto del aire seco, pero al aire húmedo en presencia de anhídrido carbónico le hace cubrirse con una capa de sulfato de color verde azulado, la cual le protege de la oxidación. Es un excelente conductor de la electricidad. Adquiere un olor desagradable cuando se le frota.


13- Aplicaciones.

Tiene muy poca aplicación en la construcción debido a su costo. Su mayor uso es en la mecánica debido a sus propiedades químicas, eléctricas y térmicas. Se emplea en electricidad en la obtención de bobinados pararrayos y cables. Las principales formas comerciales son en tubos y alambres de diferentes diámetros y espesores.


14- Aleaciones de Cobre.

Las dos principales aleaciones que forma el cobre son:
Bronce: Es una aleación de cobre y estaño donde el cobre se encuentra en una proporción de 75 a 80%. Tiene color amarillo y resistente a los agentes atmosféricos y a los esfuerzos mecánicos. Se utiliza en la fabricación de armas, medallas, campanas y estatuas. En la construcción se emplea en grifos, tubos y uniones.
Latón: Es una aleación de cobre y cinc. El cinc debe de estar en proporción menor de 45%, porque en proporción mayor el latón disminuye sus propiedades mecánicas. Tiene color amarillo y es resistente a la oxidación. No es atacada por el agua salada, razón por la cual se usa en la marina. Se emplea en ornamentación en la fabricación de tubos, en soldadura y en fabricación de alambres.


CINC


15- Estado Natural.

No se encuentra en la naturaleza en estado nativo sino combinado. El mineral más adecuadamente del cual se obtiene es la blenda (SnZ). Industrialmente se obtiene por dos vías: Vía seca y vía húmeda.


16- Propiedades.

Es de color blanco azulado, de brillo metálico. Es resistente a los agentes atmosféricos al recubrirse con una capa delgada de hidróxido que lo protege de la oxidación.


17- Aplicación.

Tiene buena resistencia mecánica, por lo que se podría emplear en construcción como elemento resistente. Sin embargo, su mayor uso esta como elemento protector su aplicación más típica en al construcción es el revestimiento de techos. También se emplea en el revestimiento del hierro y de la madera.


PLOMO


18- Estado Natural.

No se encuentra nativo en la naturaleza. El mineral más importante del cual se extrae es la ganela (SPb), que contiene 86.5% de plomo. Los principales yacimientos de galena se encuentran en EE. UU., Australia, México, Alemania y España.


19- Obtención

El plomo se obtiene por varios procedimiento, por tostación y reducción, tostación y reacción, cementación y rodadura. La obtención por tostació y reducción consiste en someter la galena a tostación obteniéndose óxido de plomo el cual se convierte en plomo por medio de una función reductora.
El plomo, obtenido por los procedimientos anteriores, es sometido a un proceso de purificación, y se conoce como afino de plomo, el cual consiste en separarlo de las impurezas que los acompañan.


20- Propiedades.

Es un metal de color blanco azulado, pero en contacto con el aire adquiere un color gris al recibiese de una capa de óxido. Es maleable, dúctil, flexible y muy blando, al extremo que es rayado por la uña. Funde a 327 C. El ácido nítrico lo ataca y lo disuelve.
Los cambios de temperatura lo agrietan, en consecuencia no se usan los tubos de plomo en la conducción de agua o vapor caliente.


21- Aplicación.

Después del hierro, el plomo es el metal de mayor uso, pero en la construcción su empleo es limitado debido a su poca resistencia. Se utiliza en la fabricación de fusibles eléctricos y tubos. En el comercio se encuentra bajo diferentes formas. Sus principales son lingotes, placas, alambres, tubos y balas.


ALUMINIO


22- Estado Natural.

No se presenta nunca en estado nativo, abunda mucho en la naturaleza formando minerales. Se extrae casi exclusivamente de la bauxita (Al2O3.H2O). La obtención se efectúa por electrólisis de la bauxita.


23- Propiedades.

Es un metal dúctil y maleable. No lo ataca el aire porque se recubre de una ligera capa de óxido que lo protege. Tiene muy buena conductividad tanto eléctrica como térmica.


24- Aplicaciones.

Se emplea por sus buenas propiedades eléctricas en la fabricació de alambres destinado a construcción eléctrica. El aluminio también se emplea en forma de plancha, en el recubrimiento de techos.


ESTAÑO


25- Estado Natural.

Pocas veces se encuentra en estado nativo. Se obtiene principalmente de la casiterita (SnO2), que contiene 79% de estaño.


26- Obtención.

Se obtiene por medio de reducción con carbono. La operación se realiza en hornos. La principal impureza del estaño es el hierro. Para eliminar esta impureza se funde nuevamente a bajas temperatura.


27- Propiedades.

Es de color blanco de plata. Es poco resistente mecánicamente. Al doblar un abarra de estaño rechina, debido al rompimiento de sus cristales, cuyo ruido es llamado grito del estaño. Es resistente a los agentes atmosféricos a temperatura ordinaria, pero al elevarse la temperatura tiende a oxidarse.


28- Aplicación.

En construcción el estaño se usa en el descubrimiento de objetos metálicos, principalmente en las plancha de hierro para formar la hojalata. También se utiliza en soldaduras y en formas de tubos, aunque estos resultan de alto costo


 





 

 

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