TIPOS DE MATERIALES DE QUIMICA

TIPOS DE MATERIALES

METALES

Se define a los metales como aquellos elementos químicos que se caracterizan por tener

las siguientes propiedades:

- Poseen una estructura interna común.

- Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio

- Tienen una alta densidad

- Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica.

- Tienen considerable resistencia mecánica.

- Suelen ser maleables.

- Se pueden fundir, conformar y reciclar.

Clasificación

Se clasifican en dos grandes grupos según el contenido en hierro:

• Ferrosos:

- Hiero C < 0,1%

- Aceros 0,1 % < C < 2%

- Fundiciones 2 %< C < 7%

Las aleaciones (mezcla de dos o más materiales, donde al menos uno, de forma mayoritaria es

un metal) con un contenido de carbono superior, carecen de interés industrial porque son

demasiado frágiles.

• No ferrosos

- Aleaciones pesadas (Cu, Pb, Zn)

- Aleaciones ligeras (Al, Ti)

- Aleaciones ultraligeras (Mg, Be)

FERROSOS

Un material es ferroso o férrico cuando su componente principal es el hierro.

Normalmente posee pequeñas cantidades de C que se han incorporado en el proceso de

obtención y otros metales incorporados, para que la aleación resultante adquiera propiedades

especiales.

El Fe puro no presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que tiene muy pocas

aplicaciones técnicas

Características del hierro puro

- Es un material magnético (ferromagnético).

- Color blanco azulado.

- Muy dúctil y maleable.

- Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC

- Densidad alta (7,87 g/cm3

.)

- Buen conductor del calor y la electricidad.

- Se corroe y oxida con mucha facilidad.

- Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado, etc).

- Es un metal más bien blando.

En la industria, el hierro se emplea aleado con carbono y otros materiales, lo que

mejora mucho sus propiedades. Una aleación de Fe + C es un producto siderúrgico, que se

define como toda sustancia férrea que ha sufrido un proceso metalúrgico.

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Método de obtención. Proceso siderúrgico.

Se conoce como proceso siderúrgico al conjunto de operaciones que es preciso realizar

para llegar a obtener un metal férrico de unas determinadas características. El proceso

siderúrgico engloba desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la obtención

del producto final.

El Fe es un metal que forma parte de la corteza terrestre (5 %); nunca se presenta en

estado puro, sino combinado formando óxidos, hidróxidos, carbonatos y sulfuros.

Según el contenido en hierro se distinguen distintos tipos:

Mineral de hierro Contenido en hierro Composición

Magnetita >70% Óxido de hierro

Hematites roja 70% Óxido de hierro

Limonita 60% Hidróxido de hierro

Siderita 40-50% Carbonato de hierro

Pirita <40% Sulfuro de hierro

El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro,

llamada mena (elementos aprovechables), y otra parte compuesta por sustancias no ferrosas

llamada ganga (elementos no aprovechables) tales como roca, sílice,…

Los pasos a seguir en todo proceso son:

1. Separar la mena de la ganga utilizando sus propiedades físicas: densidad,

comportamiento magnético,...

2. Obtener el elemento que nos interesa, Fe, por medio de una reacción química llamada

reducción del hierro, que consiste en añadir monóxido de carbono tantas veces como

sea necesario hasta obtener hierro puro.

C + ½ O2 ⇒ CO

3Fe2O3 + CO ⇒ 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO ⇒ 3FeO + CO2

FeO + CO ⇒ Fe + CO2

Sumando todas las reacciones, se obtiene que

Fe2O3 + 3CO ⇒ 2Fe + 3CO2

Esta reacción ocurre en el alto horno, que es un horno especial en el que tiene lugar la

fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro

llamado arrabio.

El alto horno está formado por dos troncos de cono colocados unos sobre otro y

unidos por su parte más ancha. La altura varía entre unos 30 y 70 m y su diámetro entre 4 y 12

m. Su capacidad de producción varía entre 500 y 1500 toneladas diarias. Materiales de uso técnico Tecnología Industrial I

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La pared interior está recubierta de ladrillo refractario para mantener y soportar las

altas temperaturas, y la externa de acero. Entre ambas paredes existen canales de

refrigeración.

La parte superior, el tragante, está

formada por dos tolvas (depósitos) en forma de

campana con dispositivo de apertura y cierre

para evitar que se escapen los gases en el

momento de la carga del material.

El material se introduce por capas de la

siguiente forma:

- Una capa de minerales de Fe

(magnetita, limonita, siderita o hematites)

previamente lavado y desmenuzado (2 Tm)

- Una capa de carbón de coque

(combustible) para la fusión y reducción del

material (1 Tm)

- Una capa de material fundente (roca

caliza) que se combina con las impurezas, ganga

y cenizas, que da lugar a la escoria. (0.5 Tm)

Esta combinación da lugar a la obtención de

un material poroso llamado sínter

En la parte alta, llamada cuba, se produce el primer calentamiento, en el que se

elimina la humedad y se calcina la caliza (CO2 + caliza) ayudada por la inyección de aire caliente

insuflada por las toberas de la parte inferior. El CO resultante de la combustión del coque

reduce el Fe, obteniéndose una masa esponjosa de Fe metálico.

A continuación, en el vientre, que es la parte más ancha, se funden el Fe y la escoria.

Por las toberas, conducto que permite la entrada de aire a altas P y velocidades en torno a

200m/s, entra el aire necesario para la combustión (1350ºC). En algunos casos se pueden

alcanzar temperaturas del orden de los 1800ºC, lo que supone un ahorro del carbón de coque.

En la parte inferior, llamada etalaje, se depositan el Fe y la escoria fundidos, de

manera que al ser ésta última menos densa que el Fe flota sobre él y lo protege de la

oxidación. La escoria y el Fe se extraen a través de dos orificios en la parte inferior, llamados

bigotera y piquera respectivamente.

Así, los productos obtenidos del alto horno son:

Escoria.- Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto,

ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la

humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria, como se comentó

anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria

(bigotera).

Fundición, hierro colado o arrabio.- Es el producto propiamente aprovechable del alto

horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2%

y el 7%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC. En ocasiones, a este metal se le

denomina hierro de primera fusión.

También se obtienen humos y gases residuales que se producen como consecuencia de la

combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro

que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto

horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de

azufre.

Partes, medidas y temperaturas aproximadas de un alto horno Materiales de uso técnico Tecnología Industrial I

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Nota:

Los altos hornos funcionan de manera continua y sólo se apagan cuando hay que realizar reparaciones

como consecuencia del desgaste del material refractario del recubrimiento de las paredes. La carga y descarga del

material se realiza periódicamente cada 3-4 horas, periodo que puede modificarse controlando la inyección de aire

por las toberas.

Existen una serie de pasos para reducir el consumo energético en este proceso:

- Sinterización del mineral (tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una

temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza

creando enlaces fuertes entre las partículas.)

- Inyección de gases combustibles por las toberas

- Aumento de la calidad del coque, disminución de la humedad y del tamaño de los granos.

Puede ocurrir que se produzca más arrabio que el que se puede utilizar inmediatamente,

en este caso se pone en unos moldes llamados lingoteras para su uso posterior.

A partir

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