El Universo de los Metales: Propiedades, Clasificación y Aplicaciones Clave

Introducción a los Metales

Los metales son materiales muy utilizados en la industria por sus excelentes propiedades de resistencia (oposición de un cuerpo a deformarse) y conductividad (capacidad de dejar pasar el calor y la electricidad). Algunos ejemplos de su aplicación son: objetos de cocina, bicicletas, tenazas, monedas, grifos, etc.

Características Generales de los Metales

• Poseen un brillo característico (brillo metálico).
• Son generalmente pesados y densos.
• Soportan grandes esfuerzos debido a su alta resistencia mecánica.
• Son duros (es decir, se rayan con dificultad).
• Son buenos conductores del calor y la electricidad.
• Se moldean con facilidad (plasticidad), lo que permite darles diferentes formas.

Metales Puros y Aleaciones

Algunos metales se usan en estado puro (por ejemplo: oro, plata, cobre, aluminio), pero la mayoría se utilizan formando aleaciones. Una aleación es una mezcla de dos o más metales, o de un metal con uno o más elementos no metálicos (como el acero, que es hierro con carbono, o el bronce, que es cobre con estaño), con el fin de ampliar y mejorar sus propiedades.

Aleaciones de Hierro (Metales Férricos)

Cuando fundimos un metal y lo mezclamos con otros metales o elementos, formamos una aleación con el fin de mejorar las propiedades del metal original; por ejemplo, para hacerlo más resistente a la corrosión (desgaste de los metales por la acción de agentes externos como el oxígeno o la humedad).

Las aleaciones de hierro más importantes son:

• Fundiciones: Poseen entre un 1,7% y un 6,67% de carbono. Se moldean con facilidad mediante vertido en moldes y son muy resistentes a la corrosión y al desgaste. Ejemplos: bloques de motores, alcantarillas, farolas, bancadas de máquinas.
• Aceros comunes: Poseen menos del 1,7% de carbono. Son más económicos que otras aleaciones especiales, y destacan por ser duros y resistentes. Ejemplos: tornillos, herramientas, estructuras, carrocerías de coches.
• Aceros especiales o aleados: Contienen otros elementos además de carbono para mejorar propiedades específicas. Por ejemplo, el acero inoxidable, que es una mezcla de acero (hierro y carbono) con cromo y níquel, lo que le confiere una alta resistencia a la oxidación al contacto con el agua o ambientes húmedos.

Propiedades Mecánicas Clave de los Metales

Dureza

Los metales suelen ser duros, es decir, ofrecen resistencia a ser rayados o perforados con facilidad. Resisten bien los esfuerzos a los que son sometidos. Ejemplo: el hierro.

Tenacidad

Muchos metales presentan una gran resistencia a romperse cuando son golpeados o sometidos a fuerzas bruscas (impactos).

Maleabilidad

Ciertos metales pueden ser extendidos en láminas muy finas sin llegar a romperse. Ejemplo: el aluminio, el oro.

Ductilidad

Algunos metales pueden ser estirados para formar hilos largos y finos sin romperse. Ejemplo: el cobre, la plata.

Minería y Obtención de Metales

Minería

La mayor parte de los metales se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos, formando compuestos químicos sólidos llamados minerales, que se hallan en yacimientos. Se llama minería al conjunto de actividades necesarias para la localización y extracción de estos minerales de los yacimientos. La extracción puede ser a cielo abierto (si el yacimiento es superficial) o mediante minas subterráneas (si es profundo).

Siderurgia

La siderurgia es la rama de la metalurgia que se ocupa específicamente de la producción y tratamiento del hierro y sus aleaciones, principalmente el acero.

Metalurgia

La metalurgia es la técnica y la industria dedicadas a la obtención y tratamiento de los metales a partir de sus minerales, incluyendo los metales no férricos.

Proceso de Obtención del Acero

En un alto horno se introduce mineral de hierro (previamente tratado), carbón de coque (que actúa como combustible y reductor) y fundente (que ayuda a eliminar impurezas). El hierro fundido obtenido (arrabio) se traslada a otro horno llamado convertidor o acería, donde se refina para ajustar su contenido de carbono y se añaden chatarra de acero y otros elementos de aleación para mejorar sus propiedades. Finalmente, se obtiene el acero líquido, que se solidifica en diversas formas comerciales: lingotes, planchas, chapas, perfiles, vigas, etc.

Conceptos Clave en Minería

Mena: Mineral del cual se puede extraer un metal (u otra sustancia útil) con aprovechamiento económico, tal como se extrae del yacimiento y antes de su procesamiento.

Ganga: Materia rocosa o terrosa no aprovechable que acompaña a la mena en un yacimiento mineral.

Industria Siderúrgica y Metalúrgica en España

La industria siderúrgica y metalúrgica tiene una presencia histórica y actual en diversas regiones de España, como Asturias, País Vasco, Andalucía, Valencia, Cataluña, Galicia y Aragón, debido a factores como la disponibilidad histórica de recursos minerales, la infraestructura desarrollada o la tradición industrial.

Uniones de Metales

Las uniones entre piezas metálicas pueden ser fijas o desmontables:

• Uniones fijas: Son aquellas en las que, al intentar separar los metales unidos, se produce una rotura o daño en las piezas o en la propia unión, y es difícil separarlos sin deteriorarlos. Ejemplos: soldadura, remachado.
• Uniones desmontables: Son aquellas que permiten separar las piezas unidas fácilmente, sin que estas o la unión sufran daños, permitiendo su posterior montaje. Ejemplos: tornillos y tuercas, pasadores.

Clasificación de Metales: Ferrosos y No Ferrosos

Metales Ferrosos

Los metales ferrosos son aquellos que contienen hierro como componente principal. Incluyen el hierro puro (con muy bajo contenido de carbono, menos del 0,03%), el acero (aleación de hierro y carbono, generalmente entre 0,03% y 1,7% de carbono) y las fundiciones (aleación de hierro y carbono, con más del 1,7% de carbono).

Características Generales de los Metales Férricos:

• Tienden a oxidarse con facilidad en presencia de oxígeno y humedad (excepto los aceros inoxidables y algunas fundiciones especiales).
• Son generalmente duros y resistentes mecánicamente.
• Son pesados y densos.
• Son atraídos por los imanes (propiedades magnéticas).

Metales No Ferrosos

Los metales no ferrosos son aquellos metales y aleaciones que no contienen hierro, o lo contienen en cantidades muy pequeñas como impureza o elemento de aleación secundario. Son muy variados en sus propiedades y aplicaciones.

Aluminio (Al)

De color plateado y brillante, es muy ligero (aproximadamente un tercio de la densidad del acero). Es maleable y dúctil. No se oxida fácilmente en el aire porque forma una delgada capa superficial de óxido de aluminio (alúmina) que es muy adherente y lo protege de la corrosión posterior. Es buen conductor del calor y la electricidad. Se extrae principalmente del mineral llamado bauxita. Usos: muy extendido en la industria aeronáutica y del transporte (llantas de coches y bicicletas, carrocerías), carpintería metálica (ventanas, puertas), envases (latas de bebidas, papel de aluminio), utensilios de cocina, líneas eléctricas.

Cobre (Cu)

De color pardo rojizo característico. Es muy dúctil y maleable. Es uno de los mejores conductores de la electricidad y el calor (después de la plata). Resistente a la corrosión en muchos ambientes. Usos: cables eléctricos, tuberías de agua y calefacción, componentes electrónicos, calderería, monedas, aleaciones (bronce, latón).

Latón

Es una aleación de cobre y cinc (principalmente). Su color es amarillento y brillante, parecido al oro. Es más duro que el cobre, fácil de mecanizar y resistente a la corrosión. Usos: grifos, válvulas, instrumentos musicales de viento, bisutería, tornillería, casquillos de bombillas, cerrajería (llaves).

Plomo (Pb)

Metal de color gris azulado, muy pesado, blando, dúctil y maleable. Es resistente a la corrosión por muchos ácidos. Buen conductor de la electricidad, aunque es tóxico por ingestión o inhalación. Usos: baterías y acumuladores, soldaduras (aunque su uso se reduce por toxicidad), protección contra radiaciones (rayos X, gamma), revestimientos. Su uso en aditivos para gasolina está prohibido en la mayoría de los países.

Cinc (Zn)

De color gris azulado. Es maleable y dúctil, especialmente en caliente. Se utiliza principalmente para proteger el acero de la corrosión mediante el proceso de galvanizado. Usos: galvanizado de acero (chapas, alambres, tuberías), canalones, pilas secas, aleaciones (latón), piezas de fundición.

Estaño (Sn)

De color blanco brillante. Es muy blando, poco dúctil pero muy maleable (se puede obtener en láminas muy finas: papel de estaño). Resistente a la oxidación en aire y agua. Usos: recubrimiento de otros metales para protegerlos de la corrosión, especialmente en la fabricación de hojalata (acero recubierto de estaño para envases de alimentos), soldaduras blandas (aleado con plomo u otros metales), bronces.

Otras Aleaciones y Tratamientos Notables

El latón (cobre y cinc) y el bronce (tradicionalmente cobre y estaño, aunque puede incluir otros elementos como aluminio, manganeso o silicio) son dos de las aleaciones de cobre más importantes y antiguas.

El cuproníquel es una aleación compuesta principalmente de cobre y níquel, con pequeñas cantidades de otros elementos. Es muy resistente a la corrosión, especialmente en agua de mar, y se usa en la fabricación de monedas, condensadores y tuberías en ambientes marinos.

La hojalata es una chapa fina de acero o hierro recubierta de estaño por ambas caras. El estaño protege al acero de la oxidación y es seguro para el contacto con alimentos, por lo que se usa ampliamente en la fabricación de latas de conserva.

Un material metálico está galvanizado si ha sido recubierto con una capa de cinc. Este recubrimiento protege al metal base (generalmente acero) de la corrosión atmosférica, ya que el cinc actúa como ánodo de sacrificio.