1.- MATERIALES NO FERROSOS
Los Materiales No Ferrosos no contienen hierro. Estos incluyen el aluminio, magnesio, zinc, cobre, plomo y otros elementos metálicos. Las aleaciones el latón y el bronce, son una combinación de algunos de estos metales No Ferrosos y se les denomina Aleaciones No Ferrosas.
2.- PRODUCCIÓN DE METALES NO FERROSOS
De todos los metales utilizados para la industria el 20% son no ferrosos, éstos en diferentes aleaciones cubren los requerimientos de ingeniería y las propiedades químicas necesarias para fabricar artículos útiles para la industria y la sociedad. Las características fundamentales de las aleaciones no ferrosas son la resistencia a la tensión y corrosión, y la conductividad eléctrica y maquinabilidad.
La selección de una aleación determinada dependerá de los resultados de diferentes pruebas mecánicas, del volumen de producción, su costo de producción y las necesidades estéticas del producto.
A continuación se muestran algunas de las propiedades de los metales. En la tabla se aprecian las principales diferencias de los metales ferrosos y los que no lo son.
TABLA N°1
| Metal | Resistencia a la tensión mPa | Temperatura de fusión ºC | Dureza Brinell | Densidad en kg/m3 |
| Aluminio | 83-310 | 660 | 30-100 | 2,643 |
| Latón | 120-180 | 870 | 40-80 | 8,570 |
| Bronce | 130-200 | 1040 | 70-130 | 8,314 |
| Cobre | 345-689 | 1080 | 50-100 | 8,906 |
| Hierro | 276-345 | 1360 | 100-145 | 7,689 |
| Fundición gris | 110-207 | 1370 | 100-150 | 7,209 |
| Acero | 276-2070 | 1425 | 110-500 | 7,769 |
| Plomo | 18-23 | 325 | 3.2-4.5 | 11,309 |
| Magnesio | 83-345 | 650 | 30-60 | 1,746 |
| Níquel | 414-1103 | 1450 | 90-250 | 8,730 |
| Zinc | 48-90 | 785 | 80-100 | 7,144 |
| Estaño | 19-25 | 390 | 5-12 | 7,208 |
| Titanio | 552-1034 | 1800 | 158-266 | 4,517 |
La mayoría de los metales no ferrosos son más resistentes a la corrosión o a la humedad, pueden utilizarse en exteriores sin pinturas o recubrimientos. Sin embargo se debe tener especial cuidado con el manejo de los metales no ferrosos, ya que cada uno responde de manera particular a los efectos de la naturaleza; por ejemplo el magnesio resiste muy bien la atmósfera ordinaria, pero se corroe rápidamente con el agua de mar.
2.1.-Extracción: Los metales no ferrosos provienen de minerales que se pueden encontrar en la superficie de la tierra o bien en yacimientos bajo la superficie. En ambos casos se deben seguir técnicas de explotaciones eficientes y rentables.
2.2.-Refinado o concentrado (también conocido como preparación): Los minerales de los que se obtienen los metales no ferrosos nunca se encuentran en estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar. Entre los procesos de preparación más utilizados está el pulverizar al mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos. Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la producción de los metales no ferrosos.
2.3.- Fusión: Los hornos más utilizados para la fusión de los minerales de metales no ferrosos son los altos hornos (de menor tamaño que los de arrabio) y los hornos de reverbero (aquellos en los que la flama ilumina a la carga). Aunque no todos los metales no ferrosos necesitan ser fundidos primero para ser procesados.
En los hornos para la producción de los metales no ferrosos siempre existen equipos para el control de las emisiones de polvo. Más que una medida de control de la contaminación ambiental es una necesidad, ya que los polvos son valiosos porque tienen el mineral que se está procesando o porque de esos polvos se pueden obtener otros materiales con un valor representativo o rentable.
2.4.- Afinado: Para lograr las características de calidad y pureza necesarias en los metales no ferrosos se pueden utilizar diferentes procesos como las tinas electrolíticas, con las que el mineral adquiere niveles de calidad muy altos.
ALUMINIO (BAUXITA)
Etimología:
Del latín alumen.
Fórmula química:
Elemento: Aluminio Al,
Mena: Bauxita AlO3(OH)
Propiedades físicas:
Aluminio:
Peso atómico: 26,9815. Número atómico: 13. Punto de ebullición: 2.450 º C. Punto de fusión: 659,70 º C.
Bauxita:
Sistema: Rómbico. Hábito: agregados criptocristalinos a escamosos finos. Dureza: 3,5 - 4. Densidad: 3,1. Color: Blanco, amarillento, incoloro; en los agregados pisolíticos exhibe tonalidades rosa a rojo. Raya: blanca a roja. Brillo: mate.
Descripción:
Es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre de la cual forma más del 7%, sin embargo fue descubierto a principios del siglo XIX. El Aluminio (Al) es un excelente conductor de calor y de electricidad. Su mayor ventaja es su ligereza, pues pesa casi tres veces menos que el acero ordinario. La Bauxita, que se conoce también como boehmita, es la materia prima de la cual se obtiene la alúmina, del procesamiento de esta se obtiene el Aluminio. Este procesamiento exige un alto consumo de energía eléctrica, debido a esto se dice que la energía eléctrica es materia prima esencial en la obtención del Aluminio. El color y la paragénesis característicos de la Bauxita excluyen cualquier posible confusión con otros minerales.
Origen:
Casi todo el Aluminio se obtiene de un mineral denominado Bauxita que se presenta exógeno en sus yacimientos, arcilla cuyo contenido metálico es de más del 40%. La Bauxita es una mena residual, producida por la meteorización de las rocas ígneas en condiciones geomorfológicas favorables
Propiedades
El aluminio es un metal plateado muy ligero. Su masa atómica es 26,9815; tiene un punto de fusión de 660 ºC, un punto de ebullición de 2.467 ºC y una densidad relativa de 2,7. Es un metal muy electropositivo y muy reactivo. Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la posterior acción corrosiva. Por esta razón, los materiales hechos de aluminio no se oxidan. El metal reduce muchos compuestos metálicos a sus metales básicos.
Aplicaciones
Debido a su elevada proporción resistencia-peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía. Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. Solamente presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más.
El metal es cada vez más importante en arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales. Los perfiles, las contraventanas y las láminas de aluminio constituyen excelentes aislantes. Con el frío, el aluminio se hace más resistente, por lo que se usa a temperaturas criogénicas. El papel de aluminio de 0,018 cm de espesor, actualmente muy utilizado en usos domésticos, protege los alimentos y otros productos perecederos. La resistencia a la corrosión al agua del mar también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos.
Se puede preparar una amplia gama de aleaciones recubridoras y aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y resistencia a la corrosión a las temperaturas elevadas, algunas de las nuevas aleaciones pueden utilizarse como planchas de blindaje para tanques y otros vehículos militares. El Aluminio es empleado para construir utensilios de uso doméstico, y en aleación con el hierro y otros metales, se utiliza en la construcción de vehículos, tales como aviones, trenes, automóviles, etc., y también para la edificación de puentes y edificios de muchas plantas, sus aplicaciones son cada día más numerosas. Por otro lado, la Bauxita aparte de servir como materia prima para la obtención del Aluminio, tiene otros importantes usos industriales, como en la fabricación de material refractario, abrasivos, químicos, cementos y procesos de refinación de hidrocarburos.
Tratamiento térmico.
El recocido intermedio para aliviar los esfuerzos producidos por el trabajo en frío, se hace a una temperatura de 343ºC a 400º c. Las aleaciones tratables térmicamente se trabajan mejor en frío cuando se encuentran en el estado de templadas por inmersión después del tratamiento térmico (400 a 427ºC calentamiento- 260ºC enfriamiento).
Maquinado.
El aluminio puro y las aleaciones de aluminio-manganeso son duros para maquinar, a no ser que se empleen herramientas especiales con mayor ángulo de salida que el acostumbrado para el acero. Las herramientas duras de carburo cementado son esenciales para el aluminio-silicio. Las aleaciones que contienen cobre y las forjadas tratadas térmicamente tienen buena maquinabilidad.
Remachado.
Se usan remaches de composición semejante a la del metal base, los remaches grandes pueden colocarse a veces en caliente a la temperatura de su tratamiento de solución, dependiendo el que se produzca un temple efectivo del contacto con las herramientas y con el metal circundante.
Soldadura.
Se utilizan los métodos de fusión o resistencia; la mayor parte de las aleaciones de colada pueden soldarse, pero se necesita experiencia para vencer el peligro de ocasionar las deformaciones y grietas que resultan de la contracción térmica. La soldadura debe preceder el tratamiento térmico; la varilla o electrodo usado para soldar, por lo general, debe ser de la misma composición que la aleación.
Resistencia a la corrosión.
El aluminio y su mayoría de aleaciones resisten perfectamente a la corrosión atmosférica ordinaria y pueden usarse sin recubrimiento protector. El metal puro es más resistente al ataque; un recubrimiento podría ser el tratamiento de anodización.
3.- PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO
El aluminio es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicio, 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; el valor de su densidad es de 2.7 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. Sin embargo, su reactividad con otros elementos es elevada: al entrar en contacto con oxígeno produce una reacción de combustión que origina una gran cantidad de calor, y al combinarse con halógenos y azufre da lugar a la formación de haluros y sulfuros.
3.1.- ESQUEMA DE PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO
El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial se llama BAUXITA, la que por lo regular puede ser encontrada en minas de depósito abierto. La bauxita es generalmente extraída por una mina de tiro abierto. La cubierta se quita, se remueve la bauxita y se transporta a la refinería. Una vez que la extracción haya sido terminada, la capa del suelo y la vegetación se reemplazan. En Brasil y Australia, por ejemplo, hay programas de plantación y conservación que ayudan a la vegetación a regenerarse por sí misma.
Dos de tres toneladas de bauxita son requeridas para producir una tonelada de ALÚMINA dependiendo de la clase de bauxita.
La bauxita es refinada en alúmina usando el proceso Bayer. Se lava y se disuelve en sosa cáustica (hidróxido de sodio) a una presión y temperatura alta. El resultado es un licor que contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita sin disolver que contienen hierro, silicio y titanio. Estos residuos se hunden gradualmente hasta el fondo del tanque y son removidos. Son comúnmente conocidos como "barro rojo".
La solución clara de aluminato de sodio es bombeada a un tanque muy grande llamado precipitador. Las partículas finas de alúmina son agregadas para despepitar la precipitación de partículas de alúmina puras mientras que el licor se enfría. Las partículas se hunden hasta el fondo del tanque y son removidas y luego se pasan a un calcinador rotador o fluidizador a 1100°C para apartar el agua que está combinada. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La sosa cáustica se regresa el principio del proceso y se vuelve a utilizar.
Dos toneladas de alúmina se requieren para producir una tonelada de aluminio.
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.
En promedio alrededor del mundo toma 15.7 kW/hr. para producir un kilogramo de aluminio de la alúmina. Mejoramientos en los diseños y procesos han reducido progresivamente este aspecto de 21 kW/hr de los años cincuentas. 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.
Fundir el aluminio requiere de intensa energía que es por lo que fundidoras mundiales están localizadas en áreas dónde tienen acceso a un recurso de energía abundante (hidroeléctricas, gas natural, carbón y nuclear). Muchas localidades son remotas y la electricidad es generada específicamente para las plantas de aluminio.El proceso de fundición es continuo. Un horno no se para y se vuelve a poner en funcionamiento con facilidad. Si la producción es interrumpida por una falta de energía de más de 4 horas, el metal en los crisoles se solidificará, requiriendo un proceso de reconstrucción con un alto costo.
3.4.- Constantes Físicas y Químicas del Aluminio:
| » Peso atómico | 26.9 |
| » Punto de fusión | 660ºC |
| » Punto de ebullición | 2.467ºC |
| » Gravedad específica | 2.7 g/ml |
| » Estructura cristalina | red cúbica centrada en las caras |
| » Radio atómico | 1.43 Å |
| » Valencia | 3 |
| » Configuración electrónica | 1s²2s² 2p^63s²3p^1 |
Pero una de las mayores ventajas del aluminio es que puede ser reciclado una y otra vez sin perder su calidad ni sus propiedades.
Antecedentes en Venezuela: A partir de la Segunda Guerra Mundial, se inició la búsqueda de Bauxita, tanto por parte del Gobierno Nacional, como por compañías particulares. En mayo de 1951, se descubrió el primer yacimiento de Bauxita de relativa importancia: el cerro El Chorro, localizado en Guayana, lo cual dio motivo para declarar los cinco Distritos más orientales del Estado Bolívar como Zona de Reserva Nacional para las menas bauxíticas.
Localización: Cinco áreas presentan acumulaciones de Bauxita y lateritas alumínicas, y son:
Área de Upata: esta zona presenta varios depósitos de Bauxita, pero es el cerro El Chorro el más conocido y estudiado. El depósito se encuentra a 5 Km al noreste de Upata, Distrito Piar del Estado Bolívar.
Area de Nuria: la altiplanicie de Nuria se encuentra localizada al norte de la población de Tumeremo, Distrito Roscio del Estado Bolívar. Geológicamente está enclavada dentro del Complejo de Supamo.
Región de los Guaicas: los depósitos de Bauxita ferruginosa de la Serranía de los guaicas, localizados a 230 Km, al sur de Ciudad Bolívar y a 15 Km al oeste de Canaima, se asocian también con cuerpos de diabasas de la Formación Roraima.
Región sur de la Gran Sabana: los depósitos de lateritas alumínicas y de Bauxita se ubican especialmente en dos sectores: en los alrededores de Santa Elena de Uairén, y al noroeste de San Rafael de Kamoirán.
En la región de Santa Elena de Uairén la laterita alumínica y la Bauxita, están asociadas con procesos profundos de meteorización y concentración de las diabasas de la Formación Roraima; por lo tanto, la forma del yacimiento está altamente ligada a la morfología de las rocas básicas.
Región de Los Pijiguaos: durante los trabajos exploratorios efectuados por la Dirección de Geología de Ministerio de Energía y Minas en el año 1974 en la región suroccidental del Distrito Cedeño, fue localizado un importante distrito de Bauxita. Los depósitos se ubican en la región de Los Pijiguaos a 130 Km al sur de Caicara y a 35 Km al este del Río Orinoco.
