Metalls: Obtenció, Propietats i Aplicacions

Obtenció dels Metalls

1. Enriquiment

• Trituració: Les roques es fan més petites per incrementar la superfície exterior del producte.
• Concentració:
  • Flotació: S'introdueix el mineral en pols a l'interior d'un tanc amb aigua, s'injecta aire per la part inferior i s'agita. La mena es combina amb l'aire i puja a la part superior del tanc (20% Cu), i la ganga es combina amb l'aigua i es diposita al fons.
• Forn:
  • Calor: S + O = SO₂; Fe⁺ = FeO. Augmentar el % de metall.
  • Torrefacció: Combustió. S'aplica quan volem eliminar impureses que es combinen fàcilment amb l'oxigen.

2. Reducció

Separar la màxima quantitat del metall de la resta d'elements químics amb els quals forma compostos. Una forma de fer-ho és amb l'electròlisi.

3. Afinament

Eliminar les impureses que queden.

El Coure

Propietats

• És un metall noble.
• És un mineral de color rosa que, en oxidar-se, pren color marró.
• Es divideixen en dos grans grups: els minerals sulfurats i els metamòrfics.
• Les utilitzacions industrials del coure es basen en les seves propietats fonamentals:
  • Conductivitat elèctrica elevada (cables, fils conductors, motors, interruptors).
  • Excel·lent conductor tèrmic (calderes, alambins, estris de cuina).
  • Bona resistència a la corrosió (canalitzacions, teulades).
  • Metall difícil d'emmotllar.
  • Metall molt dúctil i mal·leable (cables).
  • És soldable.
  • Permet tractament tèrmic (tremp i recuita).
  • No és massa resistent ni massa dur.

Llautons

Són aliatges de coure i zinc. El zinc millora les propietats mecàniques del coure. El llautó és més apte per a l'obtenció de peces per emmotllament. Els llautons són més econòmics que el coure pur.

En funció de la proporció coure/zinc tenim:

• Llautons vermells (5-20% Zn): propietats semblants al coure, utilitzat en radiadors, aixetes, decoració, bijuteria i tubs flexibles.
• Llautons grocs (25-35% Zn): per a la fabricació de peces més resistents, molles, cargols, agulles i beines de cartutxos.
• Metall Muntz (36-42% Zn): propietats semblants als acers amb baix contingut de carboni.

Bronzes

Els bronzes eren originalment aliatges de coure i estany. Actualment, s'anomena bronze a tots els aliatges de coure que no porten zinc. Tradicionalment, l'estany (Sn) ha estat el principal element de l'aliatge. L'estany millora les propietats de fusió i emmotllament del coure i, afegit en petites proporcions (<12%), augmenta la seva duresa i resistència al desgast del fregament. També aconsegueix millorar la resistència a la corrosió (especialment a l'aigua de mar i als carburants). L'efecte negatiu és la reducció de la conductivitat tèrmica i elèctrica del bronze respecte de la del coure pur.

Els bronzes s'utilitzen en la fabricació dels coixinets, les vàlvules (especialment a la indústria del petroli), la maquinària naval, els àleps de les turbines, les campanes, la decoració, etc.

L'Alumini

Avui en dia és el metall més utilitzat després de l'acer. L'alumini és el metall més abundant. És un material que es comença a utilitzar a gran escala a finals del segle XIX. S'obté de la bauxita, i és necessari un procediment molt costós:

1. Extreure l'alúmina de la bauxita.
2. Separar l'alumini de l'alúmina (electròlisi).

Propietats

• És un material lleuger.
• Bon conductor tèrmic i elèctric.
• Tenaç.
• Molt dúctil i mal·leable.
• Tou en estat pur, tot i que presenta acritud.
• És resistent a la corrosió provocada per la humitat, però no resisteix l'aigua del mar ni les solucions salines, ni gaires productes químics, especialment els àcids.
• Fon a baixa temperatura, i és adient per a la fabricació de peces per a fusió i emmotllament.
• Té forta tendència a combinar-se amb altres elements químics i formar compostos.

Utilitats

S'utilitza principalment per a cables elèctrics, bescanviadors de calor, estris de cuina, envasos i embolcalls en la indústria alimentària, etc.

Els aliatges lleugers contenen alumini com a component principal i es poden dividir en dos grans grups:

• Fusió i emmotllament: blocs de motors, pistons de motors d'explosió, estris de cuina, perfils per a marcs de finestres i portes, etc.
• Forja i laminatge: construcció aeronàutica, naval o perfils laminats per a estructures metàl·liques.

Són molt utilitzats en vehicles (per disminuir les inèrcies), indústria aeroespacial i aeronàutica, en peces de maquinària on és important el pes.

S'alia amb altres metalls en poca quantitat amb la finalitat d'augmentar la duresa i la resistència, i per millorar la resistència a la corrosió i facilitar la mecanització.

• Duralumini: Al + Cu + Mg (manganès) + Mn (magnesi). Molt bona duresa i resistència. S'utilitza quan el pes és similar a la de l'acer. Només s'utilitza quan el pes és important per l'alt cost.
• L'alumini sense aliar s'utilitza per a: perfils de tancaments (ductilitat), paper d'alumini de cuina (mal·leable), conductors, elements elèctrics.

El Magnesi

Metall brillant blanc, semblant a l'argent. És el més lleuger dels metalls industrials. Té una temperatura de fusió baixa (fon a 650 °C i es volatilitza a 1120 °C). En aire sec es manté inalterable, però en presència d'humitat es cobreix d'una capa d'hidròxid que evita l'oxidació posterior. S'obté de la magnesita i de l'aigua de mar. És dúctil i mal·leable.

Aplicacions

• En estat pur:
  • Indústria química: desoxidant del coure i d'altres metalls atesa la seva gran afinitat amb l'oxigen.
  • En pols: per a aplicacions pirotècniques.
• No s'utilitza en estructures pel seu baix mòdul elàstic.
• Principal aplicació: aliatges ultralleugers. S'hi afegeix:
  • Alumini: millora les propietats mecàniques i facilita l'emmotllament.
  • Zinc: plasticitat.
  • Magnesi: resistència a la corrosió.
• Peces de màquines sotmeses a canvis bruscos de direcció (llençadores de telers a causa de la seva baixa densitat, disminueix la inèrcia).