metales ferrosos

METALES

1-Propiedades generales

-          Todos los metales, excepto el mercurio poseen una estructura interna común.

-          Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica.

-          Tienen considerable resistencia mecánica.

-          Suelen ser maleables.

-          Se pueden fundir, conformar y reciclar.

2-Clasificación general

Los metales se clasifican como

-          Metales ferrosos o férricos: Son aquellos que contienen como elemento base el hierro.

-          Metales no ferrosos o no férricos: Son aquellos metales que no contienen hierro como uno de sus componentes.

2.1-Metales ferrosos

Aleación: Es la mezcla de dos o más materiales, donde al menos uno, de forma mayoritaria es un metal.

Los metales ferrosos son los más utilizados a nivel industrial. Representan aproximadamente el consumo del 80% de todos los metales.

Encontramos los siguientes tipos de metales ferrosos:

1.      Hierro industrial: cuando el contenido en carbono es menor al 0,03%.

2.      Acero: Cuando el contenido en carbono está comprendido entre el 0’03 y el 1’67%.

3.      Fundición: El porcentaje de carbono está comprendido entre el 1’67 y el 6’67%.

Las aleaciones con un contenido de carbono superior carecen de interés industrial porque son demasiado frágiles.

El hierro industrial apenas se emplea.

2.2-Aceros

            Al añadir carbono al hierro, las propiedades mecánicas se modifican extraordinariamente. Cuanto mayor sea el porcentaje de carbono, mayor es su dureza y resistencia a la tracción, pero tiene el inconveniente de que es más frágil y menos dúctil. Además su soldabilidad también disminuye.

Es un material de elevada dureza y tenacidad y de gran resistencia 

mecánica.

Los aceros aleados contienen, además de carbono, otros elementos 

químicos a fin de conseguir determinades propiedades. Por 

ejemplo, el manganeso aporta dureza y resistencia al desgaste; el 

cromo aumenta la dureza y hace que el acero sea inoxidable, y el 

níquel evita la corrosión, mejora la resistencia a la tracción y 

aumenta la tenacidad.

-Clasificación de los aceros

1.      Aceros no aleados: son aquellos que sólo incluyen hierro y carbono.

2.      Aceros aleados o especiales: Además de hierro y carbono se añaden otros elementos, que normalmente son otros metales. El objetivo es mejorar alguna propiedad en concreto del acero. Estos aceros son los más empleados.

Ejemplos:

-          Con wolframio, el acero es muy duro a cualquier temperatura y es apto para herramientas de corte. Son los aceros rápidos.

-          Con cromo y níquel, aumenta la dureza, la resistencia a la corrosión y la tenacidad del acero. Son los aceros inoxidables.

-          Con plomo, se favorece el mecanizado (corte, limado, ...)

-          Etc

Fundiciones:

Aunque se denomina fundición a la aleación de hierro y carbono con un porcentaje entre el 1’67% y el 6’67%, en la práctica, el contenido de carbono de las fundiciones oscila entre el 2’5% y el 4,5%, encontrándose presentes, normalmente, otros elementos.

Las fundiciones, como su nombre indica, son fácilmente fusibles, es decir, su punto de fusión es bajo. Por lo que se emplean para la obtención de piezas de moldeo.

-Clasificación

a)      Fundiciones ordinarias: Sólo están constituidas por acero y carbono. Se pueden subdividir en

-          Fundición blanca: Contiene un constituyente férrico llamado cementita, que confiere a la fundición una gran dureza, pero a la vez mucha fragilidad. Por lo que es casi imposible de mecanizar.

-          Fundición gris:  Contiene un constituyente férrico llamado grafito, que hace que la fundición no sea tan dura como la fundición blanca, pero es más tenaz. Por lo tanto se puede mecanizar mejor.

b)      Fundición aleada: Además de hierro y carbono, estas aleaciones presentan cantidades de otros elementos que modifican las propiedades de las ordinarias.

c)      Fundición especial: Además de hierro y carbono, se añaden otros elementos y se somete el conjunto a tratamientos térmicos. Destaca:

-          Fundición maleable o dúctil: Se obtienen a partir de las fundiciones blancas, que tras un tratamiento térmico, se vuelve más maleable.

-Diferencias con el acero

-          Como ya mencionamos, su punto de fusión es más bajo.

-          Son ligeramente más ligeras.

-          Son más duras, pero más frágiles.

-          Tienen buena resistencia al desgaste.

-          Mayor resistencia a la oxidación.

-          Las piezas fabricadas con función son más baratas y, normalmente, de mayor volumen.

-Proceso de fabricación

El acero es principalmente una aleación de hierro y carbón. Contiene muy bajos porcentajes de manganeso, sílice, fósforo, azufre y oxígeno.

Se fabrica mediante la fundición de minerales de hierro en un horno para producir lingotes de hierro que son añadidos con hierro de rechazo (o proveniente de reciclaje) antes de someterse a purificación.

Existen dos técnicas principales para la fabricación de acero:

·         Hornos a base de oxígeno: para producción de acero laminado.

·         Hornos de arco eléctrico: utilizan un 100% de acero de descarte.

La propiedades mecánicas del acero, varían según sus componentes y el tratamiento al calor al que fue sometido.

Anteriormente, los hornos de oxígeno eran hornos abiertos pero hoy en día se realiza un proceso de oxigenación soplando oxígeno casi puro sobre la superficie de hierro fundido.


Existen distintos tipos de aceros:

·         Acero blando: contiene menos de 0,15% de carbono

·         Acero intermedio: contiene entre 0,15% y 0,3% de carbono

·         Acero duro: contiene más de 0,3% de carbono

·         Acero inoxidable: es un aleación de acero que contiene más de 8% de elementos de aleación como cromo, níquel y sílice.

·         Acero galvanizado: acero recubierto de zinc para potegerlo de corrosión atmosférica.

·         Acero para latas utilizado para almacenar alimentos: cuenta con una pequeña capa de estaño que lo hace resistente a los ataques de ácidos orgánicos y a la oxidación.

-¿Sabías que?

La cantidad de acero en la basura doméstica varía entre el 1 y 2% en peso, siendo principalmente latas de alimentos.

El reciclaje de acero en Uruguay está liderada por una sola empresa que recicla practicamente el 100% de la chatarra generada. Se estima que procesa alrededor de 60.000 toneladas al año(1).

-¿Porqué reciclar el acero?

Utilizando acero reciclado en vez de minerales vírgenes, se logran grandes ventajas ambientales tales como reducción de la contaminación del aire y agua, menor generación de residuos y menor uso de energía. Asimismo, se conservan los recursos naturales y se prolonga la vida útil de los sitios de disposición final de residuos.

Según algunas estimaciones se logran los siguientes beneficios(2):

·         74% menos uso de energía

·         90% de ahorro en uso de materiales vírgenes

·         86% de reducción de la contaminación atmosférica

·         40% menos uso del agua

·         76% menos contaminación de agua por efluentes líquidos

·         97% de reducción en la geneación de residuos

En el reciclaje de acero se ahorran 1,5 toneladas de minerales de hierro y media tonelada de carbón comparándolo con el procesamiento con material virgen.

Hoy en día, el acero es el principal material reciclado, por lo tanto existe todo un mercado desarrollado en torno al reciclaje de acero, con su consecuente generación de empleo. Son tan altos los ahorros generados por el reciclaje de acero que a nivel mundial esta actividad es considerada rentable.

En el Uruguay se trata de una actividad que permite generar un ahorro de divisas considerable, al no tener que importar materia vírgen ya que esta se procesa acero para la construcción, productos agropecuarios o exportación basándose tan solo en chatarra.

-Barreras al reciclaje

·         Como ya se ha dicho anteriormente, este material es facilmente reciclable, pero su principal problema radica en la presencia de contaminantes.

Es por ello que obteniendo una buena clasificación y limpieza del material, no existen grandes problemas para su reciclaje.

·         Generalmente, las latas de acero recuperadas de los residuos deben ser prensadas antes de ser suministradas a la industria procesadora, por lo cual es necesario pasar por una etapa previa de acondicionamiento del material.

- -Colada del acero

Colada sobre lingoteras: si en un momento determinado la demanda de productos ferrosos es baja (cosa que ocurre muy pocas veces), lo que hace es colarlo (solidificarlo) en el interior de lingoteras (moldes prismáticos de fundición, con forma troncocónica y sección transversal cuadrada) y dejarlo enfriar. Posteriormente, se extrae la lingotera hasta que la demanda aumente.

Colada convencional: consiste en verter el acero liquido sobre moldes con la forma de la pieza que se desea obtener. Posteriormente se deja enfriar el metal y más tarde se extrae la pieza.

Colada continua: es el procedimiento de colada más moderno y económico que existe. Consite en verter el acero líquido sobre un molde sin fondo ni tapadera, con forma curva y sección transversal con la forma geométrica del producto a obtener. El acero líquido, a medida que se va desplazando, se va enfriando.

-Situación en Uruguay

En el Uruguay se destaca un empresa en el reciclaje de acero. Esta compra los materiales a los depósitos intermedios ya que estos se lo compran a clasificadores que se dedican solo a la chatarra o a todo tipo de residuo. Los principales residuos reciclados por esta empresa son cocinas y heladeras viejas, partes de vehículos, residuos industriales y latas de acero.

Dentro de los metales, este material es el que se paga menos por quilo. Sin embargo la demanda de este material puede aumentar ya que es un elemento necesario para las fábricas de elementos de este material y por los ahorros que permite en la producción.

-Reciclaje de acero

El reciclaje de acero implica principalmente remover los 
contaminantes para luego fundirlo y volver a forjarlo.

En el caso particular de las latas de alimentos, es necesario remover el estaño. Primero se debe triturar y remover contaminantes para posteriormente realizar la remoción electrolítica de la placa de estaño.

Aquel acero que no contiene estaño tan solo requiere de un buen lavado para remover sustancias químicas para su posterior procesamiento.

El acero es fácilmente identificable en los residuos urbanos 

a través de la separación magnética. Si se logra obtenerlo sin ningún tipo de contaminantes, se trata de un material 100% reciclable y puede reciclarse infinidad de veces. Sin embargo suele encontrarse con algunos elementos que complican su reciclaje como las varillas con hormigón, cercas o tuberías enterradas.

Los autos viejos, el material de construcción y los electrodomésticos (cocinas, hornos, lavadoras, heladeras) son una constante fuente de chatarra de hierro y acero.

Previo al reciclaje, es fundamental adquirir prácticas de disminución de la generación de residuos y para el caso de las latas de acero, algunas de las alternativas podrían ser el reducir el espesor de estas latas, sin perder su resistencia y manteniendo sus cualidades como material reciclable.

2.3-Hierro

Es un metal de color blanco grisáceo que tiene buenas propiedades 

magnéticas; sin embargo, presenta algunos incovenientes: se corroe 

con facilidad, tiene un punto de fusión elevado y es de difícil 

mecalizado. Además, resulta frágil y quebradizo. Por todo ello 

tiene escasa utilidad. Se emplea en componentes eléctricos y 

electrónicos.El hierro es un metal químicamente activo (se combina 

con halógenos, S, P, C y Si) y expuesto al aire se corroe formando 

el orín (Fe2O3·H2O).Existen cuatro variedades alotrópicas del 

hierro (diferentes tipos de estructuras cristalinas) estables a 

diferentes intervalos de temperatura y de contenido en carbono, que 

condicionan sus propiedades.

-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.

Es precisamente, por lo que tiene bajas propiedades mecánicas por lo que el hierro puro, prácticamente no se emplea en la industria (salvo para hacer imanes), por lo que se emplea aleado con carbono (que es un no metal) y otros metales.

-Tipos de minerales de hierro

En la naturaleza existe una gran variedad de minerales de hierro pero los que mas se suelen utilizar son los siguientes:

-La siderita (FeCO3) es un carbonato de hierro. Tiene un color pardo-rojizo y su raya es blanca. La ley en hierro es del 48 %.

-La goethita (FeO2H) es un hidróxido de hierro. Es el principal componente de la limonita, si bien a veces aparece como mineral aislado. Es de color negro y su raya es pardo - amarillenta y posee leyes de hasta un 60 - 70 % en hierro. Cristaliza habitualmente como una masa llena de bultos esferoides, aunque en ocasiones presenta forma de estalactita.

-La magnetita es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico (Fe3O4) que debe su nombre de la ciudad griega de Magnesia. Su fuerte magnetismo a un fenómeno de ferrimagnetismo: los momentos magnéticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran fuertemente acoplados, por interacciones antiferromagnéticas, pero de forma que en cada celda unidad resulta un momento magnético no compensado. La suma de estos momentos magnéticos no compensados, fuertemente acoplados entre sí, es la responsable de que la magnetita sea un imán.

-La limonita (Fe2O3 nH20) es una mezcla de diversos minerales. Su color es amarillo o pardo negruzco y su raya es parda o amarillenta. Algunos autores la consideran como una roca formada por minerales de hierro hidratados y arcillas.

-El hematites u oligisto (Fe2O3) es un óxido de hierro. Es de color rojo anaranjado, a veces plateado, su raya es roja y la ley en hierro es del 70 %.

2.4-Metales no férricos

Veremos los metales que pos su uso son mas importantes

Cobre . Debido a su gran conductividad térmica y eléctrica, su uso queda casi exclusivamente para estos cometidos ( cables, tubos de calderas .. ) ya que no es un material barato. Se suelda con facilidad , es muy dúctil y maleable y cuando se oxida, forma una capa verdosa que le protege .

Aluminio. También es un excelente conductor de la electricidad y del calor. Es muy blando con baja densidad. Como en el caso del cobre ( aunque mejor aún), al oxidarse forma una fina capa de óxido de aluminio que le hace enormemente resistente a la oxidación.

Se usa mucho en la industria de la alimentación debido a su nula toxicidad, así como en marcos de ventanas y aplicaciones del estilo, ya que son resistentes a la humedad, radiaciones solares, etc.

Estaño  

Muy blando e inoxidable. Se emplea fundamentalmente en la soldadura de cobre ( cables eléctricos y tubos de calefacción ) debido a a su bajo punto de fusión.

Otro uso es el recubrimiento de láminas de acero para fabricar la hojalata.

Cinc: Se suele emplear junto con otros metales. Muy resistente a la corrosión, se emplea mucho en el proceso de galvanizado por el cual se añade este elemento a la capa externa del metal ( generalmente un acero ) para crear un material muy resistente en la intemperie.

Los quita-miedos de las carreteras son otro ejemplo entre otros. La gran ventaja es que te olvidas de su mantenimiento ya que no necesita pinturas protectoras.

Existen otros metales como el titanio ( caro, muy duro, resistente a la corrosión ) que se emplea en prótesis médicas , el wolframio … ¿ Sabes de algún otro metal usado en nuestra sociedad que sea interesante ?