Los metales

Tecnología. Metalurgia y Siderurgia. Técnicas de separación y formación. Ferrosos # Història dels metalls. Propietats fisiques, quimiques. L'Acabament

  • Enviado por: JUSA
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 16 páginas
publicidad

Metalls: grup d'elements químics que presenten totes o gran part de les següents propietats físiques: estat sòlid a temperatura normal, excepte el mercuri que és líquid; opacitat, excepte en capes molt fines; bons conductors elèctrics i tèrmics; brillants, una vegada polits, i estructura cristal·lina en estat sòlid.

El descobriment dels distints materials al llarg de l' història ha condicionat l'estil de vid dels essers humans. Han tingut tanta importancia que fins i tot han donat nom a determinats períodes històrics.

  • Edat del coure (3500-2000 a.C aprox.) El primer metall que es va començar a utilitzar massivament va ser el coure. D'aquesta època s'han conservat armes,ferramentes,diversos adorns,collars,braçalets,amulets,etc.

  • Edat del bronze (2000-1100 a.C aprox.) Amb posterioritat a l'aparició del coure, es va començar a utilizar el primer aliatge: el bronze. Les ferramentes fabricades en bronze eren mes dures,mes resistents, i mes fàcils d'elaborar que les fetes en pedra o en coure.

  • Edat del ferro (a partir del 1000 a.C). Amb la millora progresiva de les tècniques matal·lúrgiques, va poder obtindre's el ferro; per a això era necessari fondre el mineral a temperaturas elevades. Aquest metall va permetre fabricar armes i ferramentes d'una duresa i tenacitat desconegudes fins llavors.

Els metalls son materials amb aplicacions multiples que ocupen un lloc destacat en la nostra societat. En l'actualitat constitueixen una peça clau en practicament totes les activitat econòmiques , des de la industria dels servicis, fins a la fabricació de tota mena d'objectes manufacturats, sense oblidar l'enorme importancia que tenen en el sector agrícola i en el transport i telecomunicacions.

2.1 Obtenció dels metalls

Els metalls son materials que s'obtenen a partir de minerals que formen part de la roques.

L'extracció del mineral es fa en mines de cel obert, si la capa de mineral esta a poca profunditat. Al contrari, si el jaciment o filó es profund, l'excavació es du a terme davall terra i rep el nom de mina subterrania. En ambdos tipues d'explotacions es fa us d'explosius, axcavadores, trepants i una altra maquinaria, a fi d'arrancar el mineral de la roca

En el jaciment estan units els materials utils, o mena, i els minerals no utilitzables, o ganga. Aquests ultims s'han de separar dels primers mitjançant diferents processos fisics.

'Los metales'
'Los metales'

2.2 Tècniques de separació

Entre les moltes tècniques de separació de la mena i la ganga, les mes importants son les següents :

  • Tamisatge : Consisteix en la separacio de les particules sòlides segons la grandaria mitjançant tamisos o garbelles.

  • La flotació: La flotació és hui el mètode més important de concentració mecànica. En la seua forma més simple, és un procés de gravetat modificat en el que el mineral metàl·lic finament triturat es mescla amb un líquid. El metall o compost metàl·lic sol surar, mentres que la ganga se'n va al fons. En alguns casos ocorre el contrari. En la majoria dels processos de flotació moderns s'empren olis o altres agents tensioactius per a ajudar a surar al metall o a la ganga. Açò permet que suren en aigua substàncies de cert pes. En un dels processos que utilitzen este mètode es mescla amb aigua un mineral finament triturat que conté sulfur de coure, a què se li afigen xicotetes quantitats d'oli, àcid i altres reactius de flotació. Quan s'insufla aire en esta mescla es forma una bromera en la superfície, que es mescla amb el sulfur però no amb la ganga. Esta última se'n va al fons, i el sulfur s'arreplega de la bromera. El procés de flotació ha permés explotar molts depòsits minerals de baixa concentració, i inclús residus de plantes de processat que utilitzen tècniques menys eficients. En alguns casos, l'anomenada flotació diferencial permet concentrar per mitjà d'un únic procés diversos compostos metàl·lics a partir d'un mineral complex.

  • Filtracio: Es la separació de particules solides en suspensió en un liquid a traves d'un filtre

  • Magnetisme: Els minerals amb propietats magnètiques molt marcades, com la magnetita, es concentren per mitjà d'electroimants que atrauen el metall però no la ganga.

2.3 La metal·lurgia i la siderurgia

  • La metalurgia es el conjunt d'industries que s'encarreguen de l'extracció i la transformació dels minerals metal·lics.

  • La siderurgia es la branca de la metalurgia que treballa amb els materials ferrosos; inclou desde el proces d'extracció del mineral de ferro fins a la seua presentació comercial pera ser utilitzat en la fabricació de productes.

3·1 PROPIETATS FISIQUES

Les propietats físiques es posen de manifest davant estímuls com ara l'aplicació de forçes,l'electricitat, la calor o la llum.

Propietats mecaniques

Duresa i resistència mecànica: Normalment, els metalls són durs, ésa dir, no es ratllen ni poden perforar-se amb facilitat. A més, resistiesen bé els esforços a que son sotmesos.

Tenacitat: Molts metalls presenten una gran resistencia a trencar-se quan son colpejats.

Plasticitat i elasticitat: Alguns metalls es deformen permanentment quan actuen sobre aquests forçes externes. Altres, al contrari, mostren un fort carácter elastic i son capaços de recuperar la forma original despres de l'aplicacio d'una força externa.

Mal·leabilitat: Certs metalls poden ser estirats en làmines molt fines sense arribar a trencar-se.

Ductulitat: Alguns metalls poden ser estirats en fils llargs i fins.

Propietats termiques.

Les propietats tèrmiques són les relatives a l'aplicacio de calor.

Conductivitat tèrmica: Tots els metalls presenten gran conductivitat tèrmica, és a dir, transmeten molt be la calor.

Dilatació i contracció: Els metalls es dilaten quan agumenta la temperatura; de la mateixa manera, es contrauen si disminueix la temperatura.

Fusibilitat: Els metalls tenen la propietat de fondre´s, encara que cada metall ho fa a temperatura diferent.

Soldabilitat: Gracies a la seua fusibilitat, molts metalls poden soldar-se amb facilitat a altres peces del mateix metall o d'un altre metall diferent.

Propietats electriques i magnetiques

Els metalls permeten el pas del corrent electric amb facilitat, es a dir, ofereixen una baixa resistencia electrica. Son, per tant, bons conductors de l'electricitat.

Alguns metalls presenten un comportament megnètic caracteristic, consistent en la capacitat que tenen d'atraure altres materials metal·lics.

3·2 PROPIETATS QUIMIQUES

La propietat mes impostant dels metalls es l'elevada capactat d'oxiadció, que consisteix en la facilitat que tenen per a reaccionar amb l'oxigen i cobrr-se d'una capa d'oxid al poc temps d'estar a l'intempèrie. Generalment, s'intenta combatre la formacio d'aquesta capa d'oxid, perque fa que es perda la brillantor i el tacte de la peça original i pot danyar l'interior de la peça i provocar una deterioració en les seues propietats mecaniques.

3·3PROPIETATS ECOLOGIQUES

L'impacte mediambiental dels materials tecnològics pot arribar a ser molt greu. Per aixo, cal destacar una caracteristica ecologica important dels metalls: la majoria son recilclabes, es a dir, una vegada rebutjats, poden tornar a procesar-se per a ser utilitzats de nou.

D'altra banda, alguns metalls pesants, com el plom o el mercuri, resulten tòxics per als essers vius, per la qual cossa ha de restringir-se'n l'ùs a aquelles aplicacions que no impliquen riscos mediambientals. Aixi mateix, conve limitar al maxim els residus incontrolats d'aquests metalls.

3·4 ALTRES PROPIETATS

Altres propietats que permeten usos especifics son les següents:

  • Els metalls son molt bons conductors de les ones acústiques es a dir, trasmetan molt be el so.

  • Els metalls son impermeables, es a dir, impedeixen el pas de l'aigua al seu traves.

Els metalls mostren un ampli marge en les seues propietats físiques. La majoria d'ells són de color grisenc, però alguns presenten colors distints; el bismut és rosaci, el coure rogenc i l'or groc. En altres metalls apareix més d'un color, i este fenomen es denomina pleocroísme. El punt de fusió dels metalls varia entre els -39 °C del mercuri i els 3.410 °C del volfram. L'iridi, amb una densitat relativa de 22,4, és el més dens dels metalls. Al contrari, el liti és el menys dens, amb una densitat relativa de 0,53.

El metall mes emprat en l'actualitat es el ferro en qualsevol de les seus presentacions (ferro forjat,acer,fossa). L'escorça terrestre hi ha gran quantitat de minerals que contenen ferro. Els mes importants son la magnetitam l'hematites, la limonata i la siderita.

Un aliatge es una mescla de dos o mes elements químics, dels qualsm

almenys un, el que es trobe en mes proporcio, ha de ser un metall.

Els aliatges del ferro s'obtenen afegint a aquest metall carboni. Segons el percentage de l'element esmentat, els materials ferrosos es classifiquen en ferros,acers i foses:

  • Ferro pur. La concentració de carboni se situa entre el 0.008% i el 0,03%.

  • Acer . La concentruo de carboni oscil·la entre el 0,03% i l'1,76%.

  • Fosa. La concentracio de carboni es troba entre l1,76% i el 6,67%.

4·1 El ferro i les foses.

El ferro te bones propietats magnetiques, no obstant aixo presenta alguns inconvenients:es corroéix amb facilitat, te un punt de fusió elevat i es difícil de mecanitzar.A mes, resulta frágil i trencadís. Per tot això te una utilitat escassa.S'utilitza per acomponents electrics i electronics. Per millorar-ne les propieats mecaniques, el ferro pur es combina amb carboni en les proporcions indicades mes amunt. La fosa presenta una duresa elevada i una gran resistencia al desgast.

4·2 L'acer

L' hacer es un aliatge del ferro amb una quantitat menuda de carboni. D'aquesta manera sobtenen materials d'elevada duresa i tenacitat i amb mes resistencia a la tracció.

A mes de ferro i carboni, els acers poden contindre altre elements químics, a fi de millorar o aconseguir propietats especififiques. S'obtenen Aixa els acers aliats, Els metalls mes utilitzats per a elaborar aquests acers son els següents:

  • Silici: Confereix elasticitat i carácter magnetic a l'aliatge.

  • Manganes: Aporta duresa i resistencia al desgast

  • Crom: Augmenta la duresa i la resistencia al el calor i resulta necessari per a fer que l'acer siga inoxidble.

  • Niquel. Millora la resistencia a la traccio i augmenta la tenacitat, a mes de conferir mes resistencia a la corrosió.

  • Wolframi. S'afig per a incrementar la duresa de l'hacer i millorar-ne la resistenciaala corrosio i el calor.

3.3. Procés de l'obtencio de l'acer

  • En primer lloc,i a fi d'eliminar les impureses, el mineral de ferro es llavat i sotmesa processos de trituracio i garbellament. Amb aixo,s'aconsegueix separar la ganga de la MENA.

  • A continuacio, es mescla el mineral de ferro (mena) amb carbó i calcaria (CaCO3) i s'introdueix a l'interior d'un alt forn a mes de 1500 ºC. D'aquesta manera, s'obte el ferro colat, que es mineral de ferro fos amb carboni i altre impureses.

  • El ferro colat obtingut es sotmés a processos posteriors a fi de reduir el percentage de carboni i eliminar impureses. Aixi mateix,, en aquests proces s'ajusta la composicio de l'acer, afegint-hi els elements que corresponguen en cadacas: crom, níquel, manganés…

  • 'Los metales'

    El primer d'aquests processos es la carrega (ompliment) del recipient, denominat convertidor. A continuacó, s'introdueix en el convertidor un tub que injecta oxigen, que provoca una intensa combustió (afinament). Després, s'inclina el convertidor i s'elimina l'escoria superficial (buidatge). Finalment, es bolca totalment per a buidar el convertidor.

    Tambe s'utilitzen molts altres material metal·lics no procedents del ferro. Aquests metalls tenen una gran varietat d'aplicacions. No obstant aixo, la seua obtencio es molt costosa a causa de la baixa concentracio de les menes i l'elevat consum energetic que exigiesen els processos d'obtencio d'aquests metalls a partir de les primeres materies.

    Coure

    El coure s'obte a partir dels minerals cupirita,calcopirita i malaquita, Presenta una alta conductivitat tèrmica i electrica, aixina com una notable mal·leabilitat i ductilitat. Es un metall bla, de color rogenc i brillantor intensa. S'oxida en la seua superficie, que adquireix llavors un color verdos.

    Llauto

    Es un aliatge de coure i zinc. Presenta una alta resistencia a la corrosio i suporta l'aigua i el vapor d'aigua millor que el coure. S'utilitza en ornamentació decorativa, artsania, orfebrería i coberteria, Aixa com per a fabricar canonades, condensadors, turbines, hèlices…

    Bronze

    Es un aliatge de coure i estany.Aquest metall presenta una ductilitat elevada i una bona resistencia al desgast i a la corrosio. S'empra en helices de vaixell, cossos de bombes hidrauliques, filtres, campanes, femelles, monedes, obres d'art…

    Plom

    S'obte de la galena. Es un metall de color gris platejat, molt bla i pesant. Te una plasticitat notable, es mal·leable i bon conductor de el calor i l'electricitat.S'empra en la fabricacio de bateries i acumuladors i forma part d'algunes gasolines.

    Estany

    S'obte de la cassierita. Es un metall de color blanc brillant, molt bla, poc dúctil, pero molt mal·leable i no s'oxida a temperatura ambient. Emet un soroll caracteristic quan es parteix, denominat “crit d'estany”.

    Zinc

    S'obte de la blenda i la calamina. Es un metall de color gris blavos, brillant, fraga en fred i de duresa baixa. Mitjançant el proces anomenat galvanitzacio es recobreixen peces amb una lleugera capa de zinc, per a protegir-les de la corrosio.

    Alumini

    S'obte de la bauxita, un mineral molt escás,motiu pel qual l'alumini no s'ha conegut fins a dates relativament recents. Es un metall blanc platejat, que presenta una alta resistencia a la corrosio. Es molt bla, de baixa densitat i gran mal·leabilitat i ductilitat. Presenta una alta conductivitat electrica i termica.

    Titani

    Aquell metall s'extrau de dos minerals, el rútil i la ilmenita. Es de color blanc platejat, brillant, lleuger, molt dur i resistent. S'empra en la industria aeroespacial i en la fabricacio de prótesis mediques.

    Magnesi

    El magnesi s'extrau de diferents minerals, com ara l'olivina, el talc, l'asbest i la magnesita. Es un metall de color blanc .brillant semblant a la plata, molt lleuger, bla, mal·leable i poc dúctil. Reacciona violentament amb l'oxigen, per la qual cosa s'empra en la pirotecnia.

    Per a otindre peces de diferents formes i productes industrials, se sotmet el material a una seria de processos de conformació, que s'elegeixen segons el metall i l'aplicació que se li haja de donar.

    6·1 Metal·lurgia de pols

    Aquesta tècnica consta dels passos següents:

  • El metall es mòlt fins a convertir-lo en pols

  • A continuació, es premsa amb unes matrius d'acer.

  • Es calfa en un forn a una temperatura pròxima al 70% de la temperatura de fusió del metall.

  • Es comprimeix la peça perquè adquirisca la grandària adecuada.

  • Es deixa refredar.

  • La peça potsersotmesa a altres tractaments posteriors de conformació per a ajustar-ne les dimensions, Aixa com a tractaments tèrmics que en milloren les propietats mecaniques.

    5·2 Emmotlament

    L'emmotlament es fa com segueix:

  • Es calfa el metall en un forn fins que es fon.

  • El metall liquid s'aboca a l'interior del motle.

  • Es deixa refredar fins que el metall se solidifica.

  • S'extrau la peça del motle.

  • 'Los metales'

    5·3 Deformació

    Laninació

    Es fa passar la peça metàl·lica per una serie de corrons, denominats laminadors, que lacomprimeixen, amb la qual cosa disminueix el gruix i n'augmenta la longitud.

    Forja

    La peça es col·loca sobre una plataforma que fa d'enclusa. Mitjançant un mecanismo pneumatic o hidràulic, la maça s'elevai cau successivament sobre la peça, finc que finalitza eltreball de conformació.

    Extrusió

    Es fa passar la peça metàl·lica per un orifici que te la forma que se li vol donar, aplicant una força de compressió mitjançantun èmbol o pistó.

    Estampació

    S'introdueix una peça metàl·lica en calent entre dues matrius o estampes, una fixa i l'altra móvil, la forma de les quals coincideix amb la que es vol donar a l'objecte . Tot seguit s'ajunten les dues matrius, amb la qual cosa el material n'adopta la forma interior.

    Embotició

    Es un proces de conformacio en fred que consisteix a colpejaruna planxa de manera que s'adapte al motle o a la matriu amb la forma que se li vol donar.

    Doblegament

    Se sotmet una planxa a un esforç de flexió amb la finalitat que adopte una forma corba amb un radi de rorbatura determinat.

    Trefilatge

    Es fa passar la punta esmolada d'un fil metàl·lic per un orifici amb les dimensions i la forma que se li vol donar. A continuació, s'aplica una força de tracció mitjançant una bobina d'arrossegament giratoria. D'aquesta maner, en travesar el fil l'orifici, n'augmenta la longitud i en conseqüència , en disminueix la secció.

    L'acabament d'un producte consisteix en l'aplicació de laques,pintures i esmalts amb una dole finalitat: d'una banda, protegir-lo de la humitat i la corrosió; d'un altra, embellir-lo en proporcionar brillantor i color a l'objecte acabat.

    Abans d'aplicar la pintura o laca, es important netejar el metall de greixos i brutícia. Després es llima la peça fins que estiga uniforme

    Una bona capa de pintura proporciona una protecció exel·lent a la superficie del metall. N'hi ha una gran varietat de colors i textures. Abans de pintar, convé afegir un producte anticorrosiu perquè la proteccio siga mes duradora . D'aquesta manera, fins i tot en el cas de que la pintura s'elimine, el metall continuara protegit.

    En certs metalls, com el couré i el llautó, ès mes freqüent la utilitzacio de laques, que en retarden la desaparició de la billantor caracteristica.

    Els pinzells, les brotxes i els corrons son utensilis que s'utilitzen per a aplicar pintures i altres productes als materials.

    INTRODUCCIÓ

    1·HISTÒRIA DELS METALLS

    2·ELS METALLS

    3·PROPIETATS DELS METALLS

    4·METALLS FERROSOS

    5· METALLS NO FERROSOS

    6· TÈCNIQUES DE CONFORMACÓ

    7· L'ACABAMENT

    Llibre Tecnología de 2n de la ESO, editorial Oxford.

    Biblioteca de consulta Encarta

    www.google.com

    ELS METALLS

    'Los metales'