Propiedades y Aplicaciones de Metales: Hierro, Cobre, Aluminio y Más

Propiedades y Aplicaciones de los Metales

Los metales poseen una serie de características que los hacen únicos y versátiles para diversas aplicaciones. A continuación, se detallan las propiedades generales de los metales:

Conductividad: Son buenos conductores del calor (BC_onCal) y la electricidad (BC_elec).
Resistencia: Presentan una alta resistencia mecánica, incluyendo la tenacidad (capacidad de absorber energía antes de fracturarse) y la resistencia a la tracción y la flexión.
Ductilidad y Maleabilidad: Pueden ser deformados en hilos (dúctiles) o láminas (maleables) sin romperse.
Plasticidad: Pueden ser moldeados en estado sólido a temperatura ambiente, con la excepción del mercurio.
Economía: Generalmente más económicos que otros materiales, como el acero.
Densidad: Son pesados, con una densidad elevada en comparación con otros materiales.
Magnetismo: Algunos, como el hierro, son magnéticos.
Temperatura de Fusión: La mayoría tiene una alta temperatura de fusión.

Impacto Ambiental de la Industria Metalúrgica

Extracción de Minerales

La extracción de minerales en minas y canteras genera un impacto ambiental significativo:

Movimiento de grandes cantidades de tierra.
Generación de grandes cantidades de polvo.
Agresión radical al paisaje.

Industria Metalúrgica

Los procesos en la industria metalúrgica también conllevan consecuencias ambientales:

Los hornos emiten gran cantidad de gases, aunque estos son tratados antes de ser liberados a la atmósfera.
Los procesos electroquímicos consumen elevadas cantidades de electricidad.
Se generan lodos de desecho muy tóxicos.

Productos Desechados y Reciclaje

El reciclaje es fundamental para reducir el impacto ambiental de los metales:

Los metales pueden fundirse y conformarse infinitas veces.
El reciclaje reduce la necesidad de extraer materia prima de la naturaleza.
Es necesario recoger y reutilizar los metales para maximizar el reciclaje.

Tipos de Metales y sus Características

Derivados del Hierro

Hierro Dulce

Composición: Se considera hierro puro, con muy bajo contenido en carbono.
Color: Plateado.
Propiedades: Blando, se oxida fácilmente y se agrieta internamente. Excelente conductor de la electricidad.
Aplicaciones: Aplicaciones eléctricas y electrónicas, núcleos de electroimanes.

Aceros

Composición: Aleación de hierro con carbono. Los aceros con menos contenido en carbono se denominan «suaves». Si se añade un 12% de cromo, se obtienen aceros inoxidables.
Propiedades: Dúctiles, maleables, se oxidan fácilmente, buena soldadura, tenaces. La dureza aumenta con el contenido de carbono.
Aplicaciones: Vehículos automóviles, vehículos ferroviarios, perfiles, chapas, alambres, herramientas de corte, instrumental quirúrgico (aceros inoxidables), vagones cisterna (aceros inoxidables).
Procesamiento: Se pueden forjar, aumentando su resistencia mecánica. Se modelan en estado sólido en frío o en caliente.

Fundiciones

Composición: Aleación de hierro con un mayor contenido de carbono que los aceros. Añadiendo magnesio se obtienen fundiciones maleables.
Propiedades: Menos dúctiles y tenaces que los aceros, pero más duras. Funden a menor temperatura que los aceros y el hierro puro (aproximadamente 400ºC menos). Mala soldadura. En estado líquido son muy fluidas y se contraen poco al enfriarse.
Aplicaciones: Bloques de motores, cilindros de laminación, piezas complicadas empleando moldes.

Metales No Ferrosos

Cobre

Propiedades: Color rojo, excelente conductor eléctrico y térmico, resistente a la corrosión, se suelda con facilidad, muy dúctil y maleable.
Aplicaciones: Conductores eléctricos y térmicos, alambres, varillas, planchas metálicas y listones de metal.
Observaciones: Por su conductividad térmica, se emplea en calderas e intercambiadores de calor. Por su conductividad eléctrica, se utiliza en la fabricación de cables eléctricos.

Estaño

Propiedades: Color blanco azulado brillante, blando e inoxidable.
Aplicaciones: Soldadura de componentes eléctricos y electrónicos (bajo punto de fusión), unión por soldadura de tubos de calefacción y agua.
Observaciones: Componente de la hojalata.

Zinc

Propiedades: Color blanco, muy resistente a la corrosión y a la oxidación.
Aplicaciones: Recubrimientos de tejados, canalones y tubos.
Observaciones: Forma parte de la composición de las pinturas metalizadas.

Aluminio

Propiedades: Color blanco brillante, ligero, buena resistencia a la corrosión, no es tóxico, barato y blando.
Aplicaciones: Envasado de alimentos, cables de líneas eléctricas de alta tensión, carpintería, latas de bebidas.
Observaciones: El aluminio es blando, pero al forjarse duplica su resistencia mecánica.

Titanio

Propiedades: Muy caro, resistente a la corrosión, muy buena resistencia mecánica, biocompatible.
Aplicaciones: Implantes biomédicos, motores turborreactores, estructuras de aeronaves.
Observaciones: Se alea con aluminio para formar una aleación más barata que el titanio puro.

Magnesio

Propiedades: Muy ligero, precio alto, en estado líquido o fundido reacciona violentamente con el oxígeno.
Aplicaciones: Aplicaciones aeroespaciales (aleado con otros metales para aumentar su resistencia mecánica), pirotecnia y explosivos.
Observaciones: Aleado con zinc da productos de elevada resistencia.

Obtención de los Metales

Las materias primas para fabricar los metales férricos son el mineral de hierro, el carbón y la piedra caliza. Estos minerales son triturados y vertidos por capas en el alto horno a través de su tragante.

El hierro se transporta en torpedos hasta el lugar donde se afina. Entonces se vierte en una cuchara.
El alto horno puede medir hasta 70 metros de altura. En su vientre se produce la fusión del mineral de hierro, debido a la combustión del carbón. El hierro líquido se queda en el fondo, se saca y se vierte en recipientes llamados torpedos. El líquido tiene la composición de fundición.
El afino consiste en reducir el contenido de carbono de la fundición. El hierro fundido se vierte con cuchara en un horno convertidor que tiene una lanza donde se introduce el oxígeno.
En el horno convertidor, el oxígeno quema parte del carbono de la fundición y el hierro se convierte en acero.

Moldeo y Conformación de Metales

Moldeo: Se vierte el metal fundido dentro de un molde y se deja enfriar. La fundición obtenida directamente de un alto horno se solidifica en moldes de arena o acero. Al enfriarse, el metal adquiere la forma deseada. Las fundiciones se pueden moldear porque son muy fluidas. De esta manera se fabrican, por ejemplo, los bloques de los motores.

Laminado: El metal fundido sale de la cuchara y se enfría entre rodillos de laminación. Una batería de rodillos aprisiona el metal caliente, disminuyendo su espesor según avanza la lámina. Los metales pueden conformarse como planchas o perfiles macizos o huecos; estos se denominan productos semiacabados y se suministran a industrias como la automovilística, donde se les da la forma definitiva. Las planchas metálicas se pueden doblar y curvar mediante la embutición. Producto acabado.