COMPARACION DE METALES Y NO METALES

COMPRARACION METALES Y NO METALES Y SUS DIFERENTES PROCESOS

1. Consulta.

a. Realice un cuadro comparativo entre un metal y un no metal

Aspecto Metal No Metal

Propiedades químicas Son de mayor conductores de electricidad y calor Contienen menos resistencia a ser conductores de electricidad

Propiedades químicas Contienen una mayor densidad que un no metal Contienen una densidad muy baja

Propiedades químicas Aceptan temperaturas muy altas sin alterar su composición o estado de materia Se derriten a bajas temperaturas

Propiedades fisicas Estos son mas maleables ( osea se puede llegar a una temperatura alta para poderlos golpearlos y formar laminas delgadas) A diferencia de los metales estos son frágiles y no pueden estirarse para formar hilos o laminas

Estructual Casi todos los óxidos metálicos son sólidos iónicos básicos.

La mayor parte de los óxidos no metálicos son sustancias moleculares que forman soluciones ácidas

Propiedades moleculares Tienden a formar cationes en solución acuosa. Tienden a formar aniones u oxianiones en solución acuosa.

Propiedades moleculares Las capas externas contienen poco electrones habitualmente tres o menos.

Las capas externas contienen cuatro o más electrones

b. Enumere 5 metales que conozca y especifique sus aplicaciones y propiedades

Metal Aplicaciones Propiedades

Hierro es el metal de uso más común hoy en día. La mayoría de los automóviles, máquinas, herramientas, los cascos de los buques de gran tamaño y la mayoría de las piezas de las máquinas están hechas de hierro. -es un elemento de transición

- se encuentra la de incluir en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones

-elevada dureza

- punto de ebullición y fusión elevados

- buena conductividad con el calor y la electricidad

-estado natural es solido

-símbolo Fe

Oro -Cerca de ¾ partes de la producción mundial del oro se consume en joyería

-las monedas y demás objetos decorativos de oro son en realidad aleaciones porque el metal es muy blando

- es algo volátil por encima de su punto de ebullición

-buen conductor de calor y electricidad

-metal dúctil y maleable

- Su calidad se expresa en la escala de finura como partes de oro puro por mil partes de metal total, o en la escala de quilate como partes de oro puro por 24 partes de metal total.

- Es uno de los metales menos reactivos químicamente.

- Es inerte en soluciones fuertemente alcalinas y en todos los ácidos puros

-simbolo Au

Magnesio - entre sus usos más frecuentes se cuentan en las aleaciones de aluminio y bronces para otorgarles dureza, como ánodo conectados en cañerías y caldera para evitar la corrosión

-Los compuestos de magnesio, principalmente su óxido, se usan como material refractario en hornos para la producción de hierro y acero, metales no férreos, cristal y cemento, así como en agricultura e industrias químicas y de construcción.

-El uso principal del metal es como elemento de aleación del aluminio

-químicamente muy activo

-Los metales alcalinotérreos como el magnesio tienen propiedades como ser blandos ,tiene una baja densidad ,es coloreado

- conforma compuestos ionicos

-tiene una baja energía de ionización

-en su estado natural de la materia es solido

-simbolo Mg

Bronce El bronce es utilizado principalmente para aplicaciones en cañerías, herrajes artísticos, chapas, carpintería metálica y en la fabricación de elementos cubiertos con níquel o cromo. Una de sus aplicaciones más comunes era la fabricación de monedas hacia el año de 1950, donde los centavos de 5, 10 y 20 eran elaborados de cobre y aluminio, creando una apariencia de centavos dorados.

-Está siendo ampliamente utilizado hoy para muelles, cojinetes, bujes, cojinetes piloto de transmisión de automóviles y accesorios similares, y es particularmente común en los cojinetes de motores eléctricos pequeños. Bronce de fósforo es particularmente adecuada para los rodamientos de precisión de grado y manantiales. También se utiliza en cuerdas de la guitarra y el piano. -Bronce también tiene muy baja fricción de metal sobre metal.

-El bronce es un metal aleado de cobre con estaño, van 80% y 20% respectivamente, es una aleación muy susceptible a la oxidación por contacto atmosférico,

-es un material con mucha memoria ( recuperación elástica a la deformación) si se le agrega fosforo

- Por su elevado calor específico, el mayor de todos los sólidos, se emplea en aplicaciones de transferencia del calor.

-simbolo Cu95Sn

Aluminio - Transporte; como material estructural en aviones, automóviles, trenes de alta velocidad, metros, tanques, superestructuras de buques y bicicletas.

- Estructuras portantes de aluminio en edificios.

- Embalaje de alimentos; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.

- Carpintería metálica; puertas, ventanas, cierres, armarios, etc.

- Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc.

-Ligero, resistente. (El Aluminio es un metal muy ligero con un peso específico

de 2,7 g/cm3 un tercio el peso del acero. Su resistencia

puede adaptarse a la aplicación que se desee modificando la

composición de su aleación )

- Muy resistente a la

Corrosión (El Aluminio genera de forma natural una capa de óxido que

lo hace muy resistente a la corrosión )

- Excelente conductor de la electricidad

- Buenas propiedades de

Reflexión (El Aluminio es un buen reflector tanto de la luz como del calor.

Esta característica, junto con su bajo peso, hace de él el material

ideal para reflectores )

- Muy dúctil

- Completamente

impermeable e inocuo

- Totalmente reciclable

- símbolo Al

c. Cómo se clasifican los metales e indique cuáles son sus propiedades

En cuanto a la clasificación de los metales, estos se clasifican en metales ferro-

sos y metales no ferrosos

Los metales ferrosos o férricos:

Son los derivados de Hierro. El Hierro es muy abundante en la naturaleza (for-

ma parte del núcleo de la corteza terrestre) y es el metal más utilizado. Estos

a su vez los podemos clasificar en aceros y fundiciones.

Aceros:

Aleación de Hierro y Carbono, en la que el Carbono se encuentra presente en

un porcentaje inferior al 2,1%.

Fundición:

se llama fundición a aquellas aleaciones de Hierro y Carbono, en la que el por-

centaje de Carbono se encuentra entre el 2,1% y el 6,67%.

Los metales no ferrosos:

son aquellos metales en los que su porcentaje de Hierro es muy bajo, gene-

ralmente menos del 1%, y se pueden clasificar en metales pesados y metales

ligeros.

Metales pesados:

Son aquellos metales en los cuales su peso específico es mayor a 2,67 gr/cm³,

por ejemplo: Cobre, Plomo, Níquel, entre otros.

Metales ligeros:

Son aquellos metales en los cuales su peso específico es menor a 2,67 gr/cm³,

ejemplo: Aluminio, Magnesio, Titanio.

2. Para esta primera semana, le invitamos a que consulte los enlaces externos que se relacionan a continuación y realice un cuadro comparativo tanto del proceso Bayer como del proceso electrolítico para la obtención Aluminio. Deberá incluir criterios tales como: origen, condiciones de operación, materia prima, descripción del proceso, infraestructura, costos y ventajas y desventajas.

b. Comparación entre los procesos para la producción de aluminio

Criterio Proceso Bayer Proceso Electrolítico

Origen Patentado por el austriaco Karl Bayer en 1889 y basado en la disolución de la bauxita con hidróxido sódico, este proceso se fue imponiendo hasta convertirse, a partir de los años 1960, en la única fuente industrial de alúmina y por tanto de aluminio en el mundo.

La obtención industrial del aluminio primario o metalúrgico se realiza por electrólisis de la alúmina en criolita fundida, según el proceso ideado por Hall y Héroult en 1886.

Condiciones de Operación -La temperatura de la digestión se escoge en función de la composición de la bauxita. Para disolver el hidróxido de aluminio basta una temperatura de 140ºC pero para la mezcla de hidróxido y óxido hace falta subir hasta unos 240ºC. Los parámetros del proceso son los siguientes:

 Tensión: 5-6 V.

 Densidad de corriente: 1,5-3 A/cm2, lo que supone una corriente de 150 000 amperios.

 Los electrodos han de estar siempre a la misma altura, por lo que hay que regularlos ya que se van descomponiendo durante la reacción.

 Hay que controlar que la proporción de alumina sea constante durante el proceso, por lo que habrá que ir vertiendo más según avance el proceso.

Materia Prima • Bauxitas: es el mineral usado en el proceso Bayer, contiene principalmente: óxido de aluminio, óxido de hierro, sílice y óxidos de titanio.

Su apariencia varía desde casi blanco a rojizo, dependiendo del contenido de óxido predominante.

• Soda caústica: soda caústica (hidróxido de sodio) disuelto en agua a una concentración de 50%. Es usada para disolver los óxidos de aluminio presentes en la bauxita.

• Vapor: el vapor suministra el calor necesario para disolver los óxidos de aluminio. La estación generadora de vapor, produce los requerimientos de vapor de la planta.

• Caliza: es usada para producir una lechada de cal, la cual favorece la filtración de lodos rojos.

• Floculante: generalmente se usa almidón, el cual favorece el proceso de sedimentación de lodos rojos.

La criolita es un fluoroaluminato de sodio (Na3AlF6) que se encuentra en la naturaleza solamente en Groenlandia.

Las celdas anódicas de Soderberg (HSS – de barra horizontal, VSS de barra vertical) tienen un solo ánodo grande, encerrado en una caja de acero, que ocupa la mayor parte de la cavidad de la célula

La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la bauxita, que recibe su nombre de la localidad francesa de Les Baux, donde fue extraída por primera vez.

Descripción • Preparación de la bauxita.

• Digestión.

• Dilución y separación de residuos.

• Precipitación.

• • Calcinación.

Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en ladisolución. El electrodo conectado al polo positivo se conoce como ánodo, y el conectado al negativo como cátodo.

Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones negativos, o aniones, son atraídos y se desplazan hacia el ánodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atraídos y se desplazan hacia el cátodo (electrodo negativo).

La manera más fácil de recordar toda esta terminología es fijándose en la raíz griega de las palabras. Odos significa camino. Electrodo es el camino por el que van los electrones. Catha significa hacia abajo (catacumba, catástrofe). Cátodo es el camino por donde caen los electrones. Anassignifica hacia arriba. Ánodo es el camino por el que ascienden los electrones. Ion significa caminante. Anión se dirige al ánodo y catión se dirige al cátodo. La nomenclatura se utiliza también en pilas. Una forma fácil también de recordar la terminología es teniendo en cuenta la primer letra de cada electrodo y asociarla al proceso que en él ocurre; es decir: en el ánodo se produce la oxidación (las dos palabras empiezan con vocales) y en el cátodo la reducción (las dos palabras comienzan con consonantes).

La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.

En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, produciéndose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).

En definitiva lo que ocurre es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica se encarga de aportar la energía necesaria.

Infraestructura -Al2O3.3(H2O) + Na2CO3(ac) 1000-1200ºC 2NaAlO2(ac) + CO2 + 3H2O

2NaAlO2(ac) + CO2 + 3H2O

-Na2CO3(ac) + Al2O3.3(H2O) [ 2Al(OH)3]

Na3AlF6 ==> 3Na+ + AlF63-

La alúmina disuelta también se disocia en iones.

Al2O3 ==> Al3+ + AlO33-

De manera que son transportados al cátodo los iones 3Na+ y Al3+ , como el ion de aluminio tiene un potencial negativo menor que el sódico, se descarga allí solo el aluminio, convirtiéndose en aluminio metálico que precipita en el fondo del baño caliente en forma líquida.

Los iones de sodio reaccionan con el anión AlO33- para formar aluminato sódico según:

3Na+ + AlO33- ==> Na3AlO3

Los iones negativos o aniones se dirigen al ánodo, se forma allí alúmina y se desprende oxígeno, según:

2AlO33- - 6e ==> Al2O3 + 3/2O2

Costos Consumos y parámetros de marcha de plantas Bayer

Bauxita 2,6 Mg. (Mg Al2O3) –1

Sosa (Na2O) 0,115 Mg. (Mg Al2O3) –1

Agua 7 Mg. (Mg Al2O3) –1

Mano de obra 1 h.h. Mg. (Mg Al2O3) –1

Costes de inversión 1988 (*) 45.000 pts. (Mg Al2O3) –1 400$.(Mg Al2O3) –1

Productividad por m3 de licor concentrado 50 kg (baja temperatura) 75 kg (alta temperatura)

Rendimiento de la precipitación 50%

Los principales productores de aluminio metalico y los proveedores de bauxita no son los mismos. El productor más grande de aluminio metálico es estados unidos. La gran demanda de proceso de producción favorece a los países que cuentan con fuentes de energías baratas. Así, pues cañada y noruega, ninguno de los cuales es productor de bauxita ni un gran consumidor de aluminio, se cuentan entre 5 productores más importante de aluminio metálico

Debido a que la extracción del aluminio consume tanta energía y a que su producción tiene tantas implicaciones de carácter ecológico, el reciclaje del aluminio punto importante para los grandes productores

Ventajas El proceso Bayer es muy importante ya que de él obtenemos la alúmina que es la materia prima para la fabricación de muchos productos necesarios para el hombre como por ejemplo: el aluminio, extintores de incendio, pinturas más resistentes al fuego, se usa también en las industrias petroleras específicamente en las refinerías como catalizador etc.

- alta productividad y mejor rendimiento

El residuo de bauxita que puede ser utilizado en la construcción de caminos o la fabricación de materiales para la construcción, sin embargo, el alto costo de la transportación a los lugares de producción en ocasiones inhibe el uso de estos materiales.

El aluminio así obtenido tiene una pureza del 99,7-99,8%, aceptable para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, para algún uso especial se necesita aluminio de alta pureza, especialmente si se requiere una ductilidad o conductividad elevada, con lo que es necesario el uso de celdas de refinado.

Desventajas EN LA INDUSTRIA:

1. Impactos en la calidad del agua: General mente se presentan niveles más altos de solidos suspendidos y metales pesados en los ríos o arrollos cercanos a una instalación de obtención de cobre o aluminio.

2. Deforestación: Se necesita talar arboles para instalar y operar.

3. Impactos en la Calidad de aire: Estos procesos emiten gases de efecto invernadero y polvo que puede afectar a las comunidades aledañas.

4. Ruido: La generación de ruido ambiental y ocupacional.

5. Impactos Sociales: Al generarse los impactos las comunidades se ven afectadas.

Sin embargo, para algún uso especial se necesita aluminio de alta pureza, especialmente si se requiere una ductilidad o conductividad elevada, con lo que es necesario el uso de celdas de refinado.

Otra posibilidad es que el aluminio obtenido se mezcle con determinados elementos (Fe, Si, Mg, Cu y Zn principalmente) formando distintos tipos de aleaciones con las propiedades mecánicas requeridas.

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