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Metales no ferrosos pesados

 Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)Reconocimiento – NoComercial – CompartirIgual (by-nc-sa): No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original.

1. INTRODUCCIÓN

metalesAlgunos de los metales no ferrosos que consideramos, tales como el cobre, el plomo y el estaño, son conocidos desde la más remota antigüedad; sus propiedades mecánicas (resistencia a la rotura y a la deformación, dureza y brillo característicos) hicieron posible que el ser humano primitivo aprendiera a obtenerlos y los empleará en la fabricación de utensilios y armas que hasta entonces habían sido de piedra, madera o barro. Otros metales también no ferrosos, como cinc, aluminio, cobalto, níquel, magnesio… fueron descubiertos más recientemente y utilizados con gran éxito.

Todos ellos poseen en la actualidad una gran importancia a nivel tecnológico. Se calcula que el 16% de la corteza terrestre está formada por combinaciones de cobre, cinc y plomo; el aluminio participa con un 8% en la composición de la misma, aunque la abundancia no vaya ligada necesariamente a la facilidad o posibilidad de obtención.

Sus aplicaciones son muy variadas, entre las que destacan: construcción, material de transporte, bienes eléctricos y electrodomésticos…

2. HISTORIA

metales-ferrosos-no-pesadosEl uso del estaño comenzó en el Cercano Oriente y los Balcanes alrededor del 3000 a. C., utilizándose en aleación con el cobre para producir un nuevo metal, el bronce, dando así origen a la denominada Edad de Bronce. La importancia del nuevo metal, con el que se fabricaban armas y herramientas más eficaces que las de piedra o de hueso habidas hasta entonces, originó durante toda la Antigüedad un intenso comercio a largas distancias con las zonas donde existían yacimientos de estaño.

3. CLASIFICACIÓN

Aunque los productos ferrosos todavía siguen siendo los metales más utilizados en la actualidad, el resto de metales, es decir, los metales no férreos, son cada día más imprescindibles y se emplean cada vez más en la industria para la fabricación de multitud de productos.

Los metales no ferrosos se pueden clasificar, según su peso específico, en pesados, ligeros y ultraligeros:

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En general, los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales.

Los metales no ferrosos, ordenados de mayor a menor utilización, son: cobre (y sus aleaciones), aluminio, estaño, plomo, cinc, níquel, cromo, titanio y magnesio.

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4. ESTAÑO

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Estaño

El uso del estaño comenzó en el Cercano Oriente y los Balcanes alrededor del 3000 a. C., utilizándose en aleación con el cobre para producir un nuevo metal, el bronce, dando así origen a la denominada Edad de Bronce.

Con el se fabricaban armas y herramientas más eficaces que las de piedra o de hueso habidas hasta entonces.

El estaño es un metal de color blanco plateado. Presenta menor dureza que el cinc y mayor que el plomo. A la temperatura de 100 °C es muy dúctil y maleable, pudiendo obtenerse hojas de papel de estaño de algunas décimas de milímetro de espesor. En caliente se vuelve muy quebradizo y puede pulverizarse. Es atacado por los ácidos fuertes.

El estaño existe en tres formas alotrópicas:

  • Estaño blanco rómbico.
  • Estaño blanco tetragonal.
  • Estaño gris cúbico.

Las dos primeras formas del estaño son cristalinas; la última, estable por debajo de 18 ºC, se presenta en forma de polvo. Por debajo de esta temperatura el estaño blanco se convierte en polvo (estaño gris), con tanta mayor rapidez cuanto más baja sea la temperatura. Cuando se rompe una barra de estaño cristalino se oye un ruido crepitante, conocido con el nombre de grito del estaño.

El estaño es un elemento bastante escaso en la corteza terrestre, pues su abundancia es solo del 0,001 %, aunque se presenta concentrado en forma de minerales, el más importante de los cuales es la casiterita o piedra de estaño (SnO2).

Las características principales del estaño son las siguientes:

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  • El estaño puro tiene un color muy brillante. A temperatura ambiente se oxida y pierde el brillo exterior.
  • A temperatura ambiente es muy maleable y blando, y pueden obtenerse hojas de papel de estaño de algunas décimas de milímetro de espesor. Sin embargo, en caliente es frágil y quebradizo.
  • Por debajo de –18 °C empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris. A este proceso se le conoce como enfermedad o peste del estaño.
  • Cuando se dobla se oye un crujido denominado grito del estaño.

Las aleaciones principales de estaño son:

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  • Es un aleación de cobre y estaño.
  • Soldaduras blandas. Son aleaciones de plomo y estaño con proporciones de estaño entre el 25 y el 90 %.
  • Aleaciones de bajo punto de fusión. Las más importantes son:
    • Darcet (25 % Sn + 25 % Pb + 50 % Bi), que funde a los 97 °C.
    • Cerrolow (8,3 % Sn + 22,6 % Pb + 44,7 % Bi + 5,3 % Cd + 19,1 % In), que funde a los 47 °C.

Una de las aplicaciones más importantes del estaño es la fabricación de hojalata (imagen inferior). Consiste en recubrir una chapa de acero con dos capas muy finas de estaño puro. El estaño protege al acero contra la oxidación.

hojalata-estano

El estaño es un metal muy utilizado en centenares de procesos industriales en todo el mundo.

El estaño también se utiliza para la obtención de un gran número de aleaciones:

  • Bronce. Aleación de cobre y estaño (estudiada en el apartado anterior).
  • Metal de soldar (para soldaduras blandas). Aleación de estaño y plomo.
  • Metal de imprenta. Aleación de estaño, plomo y antimonio.
  • Aleaciones antifricción (para cojinetes). Contienen cobre, antimonio y pequeñas cantidades de plomo añadidas al estaño.
  • Aleaciones de bajo punto de fusión. Para su obtención se añaden bismuto, cadmio y plomo al estaño, el cual figura en cantidades muy variables. Se utilizan en la fabricación de fusibles eléctricos.

Además, se usa en la industria aeroespacial aleado con titanio, y como ingrediente de algunos insecticidas.

El proceso de obtención del estaño es el siguiente (véase la imagen inferior):

  • La casiterita se tritura (1) y muele (2) en molinos adecuados. Luego se introduce en una cuba con agua (3), en la que se agita. Por decantación, el mineral de estaño (que es más pesado) se va al fondo y se separa de la ganga.
  • Posteriormente se introduce en un horno (4), donde se oxidan los posibles sulfuros de estaño que hay en el mineral y se transforman en óxidos.
  • La mena de estaño, en forma de óxido, se introduce en un horno de reverbero (5), donde se produce la reducción (transformación de óxido de estaño al estaño), depositandose el estaño en la parte inferior y la escoria en la superior.
  • Finalmente, para obtener un estaño con porcentaje del 99 %, es necesario someterlo a un proceso electrolítico (6).

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5. NÍQUEL

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Níquel

Es un metal de color blanco brillante que, una vez pulimentado, adquiere aspecto decorativo. Su densidad es 8,9 g/cm3, siendo sus puntos de fusión y de ebullición 1.453 ºC y 1.730 ºC, respectivamente.

Es duro y tenaz, maleable y dúctil, por lo que puede forjarse, laminarse o estirarse en frío y en caliente. Posee una resistencia mecánica elevada y es, también, muy resistente al desgaste y a los reactivos químicos.

Su elevado punto de fusión, su gran resistencia a la corrosión y sus buenas propiedades mecánicas a temperatura elevada justifican su empleo en aleaciones para motores de aviación y turbinas de gas.

El níquel, por lo general, se encuentra en la naturaleza en forma de sulfuros y arseniuros, a partir de los cuales, por tostación y posterior reducción con carbón del óxido formado, se obtiene el metal, acompañado de hierro, cobalto y cobre. Esta mezcla se somete luego a un proceso bastante complejo de separación y purificación.

El níquel puro se emplea en la fabricación de instrumentos utilizados en cirugía y en la industria química, como catalizador de muchos procesos industriales, como recubrimiento electrolítico (niquelado) para proteger otros metales, etc.

También se emplea en la fabricación de aceros inoxidables, de bronces al níquel, entre los que se encuentran las alpacas, etcétera.

El níquel participa como elemento principal en algunas aleaciones como las que aparecen en la tabla siguiente:

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Breve historia del níquel

El uso del níquel se remonta aproximadamente al siglo IV a. C., generalmente junto con el cobre, ya que aparece con frecuencia en los minerales de este metal. Bronces originarios de la actual Siria tienen contenidos de níquel superiores al 2%. Manuscritos chinos sugieren que el «cobre blanco» se utilizaba en Oriente hacia 1700 al 1400 a. C.; sin embargo, la facilidad de confundir las menas de níquel con las de plata induce a pensar que en realidad el uso del níquel fue posterior, hacia el siglo IV a. C.

A finales del siglo XVII se designó con la expresión alemana kupfernickel a unas menas semejantes a las del cobre, pero de las que no se podía obtener ningún metal. El químico noruego Axel Frédrik Cronstedt demostró que estas menas contenían un metal al que denominó abreviadamente níquel, logrando aislar el metal en el año 1751. En 1775 el químico sueco Torbern Olof Bergman lo obtuvo en estado puro.

Impacto medioambiental del níquel

La exposición al níquel metal y sus compuestos solubles no debe superar los 0,05 mg/cm3 medidos en niveles de níquel equivalente para una exposición laboral de 8 horas diarias y 40 semanales. Los vapores y el polvo de sulfuro de níquel se sospecha que sean cancerígenos.

El carbonilo de níquel (Ni(CO)4), generado durante el proceso de obtención del metal, es un gas extremadamente tóxico

Las personas sensibilizadas pueden manifestar alergias al níquel. La cantidad de níquel admisible en productos que puedan entrar en contacto con la piel está regulada en la Unión Europea; a pesar de ello, la revista Nature publicó en 2002 un artículo en el que investigadores afirmaban haber encontrado en monedas de 1 y 2 euros niveles superiores a los permitidos, se cree que debido a una reacción galvánica.

6. COBRE

RESEÑA HISTÓRICA

cobre

Cobre

El cobre fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria aunque ya se había utilizado por otras civilizaciones como la egipcia.

De hecho, el cobre y su aleación con el estaño, el bronce, tuvieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad.

Aunque su uso perdió peso con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos como monedas, campanas y cañones.

A partir del siglo XIX, concretamente tras la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas, aunque también se utilizaron otros materiales como el acero, por ejemplo, en las subestaciones eléctricas.

Actualmente, con la demanda por parte de muchos países emergentes como China, su precio se ha disparado.

CLASIFICACIÓN

El cobre es un material ferroso no pesado muy importante en el mercado actual debido a su elevada conductividad del calor y de la electricidad.

El cobre es un metal duradero y reciclable sin llegar a perder sus propiedades mecánicas en ningún momento.

Después del acero y del aluminio es el metal más consumido en el mundo.

MATERIAS PRIMAS

Hoy en día los minerales de cobre más utilizados se dividen en:

  • Cobre nativo.

Se trata del cobre puro 100%, actualmente es muy escaso ya que las primeras civilizaciones lo agotaron casi al completo.

Por ejemplo, en España se encuentra el yacimiento de Río Tinto, Huelva.

Suele hallarse en el fondo de los yacimientos de otros minerales del cobre.

Tenía un color rojo característico y gran parte de las propiedades que posee el cobre que conocemos actualmente.

  • Sulfuros como calcopirita y calcosina.
calcosina

Calcosina

La calcopirita, cuya fórmula química es CuFeS2, es un mineral que suele aparecer junto con el cobre en yacimientos de rocas ígneas.

De color amarillento, es la principal mena de cobre, además, puede contener  oro y plata, por lo que el interés en ella aumenta.

Casi dos tercios de su peso son de hierro y cobre, ambos metales de gran aplicación industrial, pero por su valor en el mercado es extraído el cobre debido a su alto rendimiento económico.

Por otra parte, la calcosina, cuya fórmula es Cu2S, aparece como mineral secundario  cerca de las zonas de oxidación de los yacimientos de minerales sulfuros del cobre, formada a partir de ellos.

Su brillo es metálico y su color es un gris plomo que pierde su brillo y se oscurece cuando se encuentra al aire libre.

  • Óxidos como malaquita y cuprita.
cuprita

Cuprita

La malaquita, Cu2CO3(OH)2, con un 57% de cobre, en la antigüedad fue usada como colorante por su vivo color azul verdoso, sin embargo, hoy en día es más utilizada como piedra preciosa.

Normalmente se presenta en masas cristalinas.

Para finalizar, la cuprita, Cu2O, es un mineral secundario, que se forma en la zona de oxidación de los depósitos de otros minerales de cobre, por lo que suele aparecer asociado al cobre nativo, a la malaquita, y a una gran variedad de minerales de óxido de hierro.

Su riqueza puede llegar a ser de hasta un 88% aunque es muy escasa.

A pesar de tener mucha importancia por ser una mena del cobre, al igual que la malaquita, se ha utilizado como piedra preciosa por su belleza y su gran brillo, que supera incluso al del diamante.

PROCESOS DE OBTENCIÓN

VÍA SECA

Se utiliza cuando el contenido de cobre supera el 10%.

Si no es así, será necesario un enriquecimiento o concentración. Es la vía más usada.

El mineral de cobre se tritura y se pulveriza hasta quedar hecho polvo.

En este polvo se encuentran mezcladas la mena y la ganga, para separarlas, se introduce el mineral en polvo en un depósito lleno de agua y se agita.

De esta manera, el mineral más pesado, se va  al fondo, mientras que la ganga flota y se extrae por arriba.

A continuación, el mineral húmedo es sometido a un proceso de tostación en un horno.

En este proceso se elimina el azufre y se forman óxidos de hierro y de cobre.

Más tarde, el óxido de cobre sufre un proceso de calcinación en un horno de reverbero. Los óxidos de hierro se combinan con la sílice y forman la escoria mientras se produce la mata blanca (sulfuro de cobre). La mata blanca se somete a un proceso de reducción en un convertidor similar a los empleados en siderurgia y se obtiene cobre bruto, mezclado con algo de óxido de cobre

Si se quiere obtener un cobre de pureza superior al99,9 % es necesario un refinado electrolítico en la cuba.

VÍA HÚMEDA

Se emplea cuando el contenido de cobre es muy bajo, inferior al 10%.

El procedimiento consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego, a través de un proceso de electrólisis, se recupera el cobre.

En este proceso de electrólisis además, se aumenta la pureza del cobre.

Para eliminar  las impurezas del cobre, tras haber sido obtenido bien por vía seca o húmeda, hay dos fases, la térmica y la electrolítica.

En la fase térmica, el cobre bruto se introduce en hornos especiales de afinación, en los que se reduce el óxido de cobre residual mediante gas natural. El cobre que sale del convertidor se vierte en moldes especiales para obtener las planchas que luego serán utilizadas como ánodo en la cuba electrolítica.

En la fase electrolítica, se produce el afino final.

El ánodo procede de los moldes de la fase anterior, mientras que el cátodo está formando por finas planchas de cobre puro. Al pasar la corriente, el cobre bruto se disuelve y va colocándose sobre las planchas del cátodo. En el fondo de la cuba se depositan unos barros electrolíticos que contienen pequeñas cantidades de otros metales, como oro y plata, que pueden ser recuperados.

De este modo se consigue cobre electrolítico con una pureza superior al 99,85%

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PROPIEDADES

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Cable de cobre

El cobre es un metal manipulable en caliente y en frío, con gran resistencia a la corrosión, de un color atractivo,  por lo que también ha sido usado como pieza en joyería.

Además, posee una alta conductividad térmica y eléctrica, ideal para la transmisión de comunicaciones, no es magnético y es completamente reciclable.

También es muy dúctil, permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de 0,025 mm.

Su punto de fusión es muy elevado y tiene una capacidad de alargamiento de un 20%.

Esas propiedades son transmitidas, en su mayoría, a las aleaciones que utilizan cobre. Las dos más importantes, conocidas desde la antigüedad, son el bronce, un material de gran dureza que resulta de combinaciones con estaño, y el latón, de cobre con zinc, fácil de manipular y resistente a la corrosión.

USOS

El cobre y sus aleaciones tienen múltiples usos en nuestra vida diaria.

Está presente en la arquitectura y construcción, donde se destaca por su  belleza, como también su uso en cañerías, cables eléctricos, energía solar (serpentines) debido a su alta conductividad del calor y la electricidad.

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

El cobre está presente de manera natural en todos los entornos. De hecho, los organismos acuáticos necesitan el cobre para funcionar correctamente.

Sin embargo, un mal uso de él, o un exceso es dañino para la salud de los mismos.

Su obtención muchas veces hace que se expulsen gases de efecto invernadero, sin embargo, es un material 100% reciclable, lo que conlleva enormes ahorros energéticos.

7. CROMO

HISTORIA

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Cromo

Este metal no ferroso pesado es relativamente reciente, su aparición se produjo en torno al siglo XVIII.

Sin embargo, hasta el siglo XIX no se consiguió aislar al cromo, gracias a Vauquelin, quien se considera que es su descubridor, tras mezclar, crocoíta, PbCrO4, con ácido clorhídrico (HCl) obtuvo el metal en sí mismo.

CLASIFICACIÓN

El cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Además, es muy resistente frente a la corrosión y oxidación. También es muy duro y tiene gran acritud, aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío.

MATERIAS PRIMAS

Normalmente, se obtiene cromo a partir de la cromita (FeCr2O4), de la cromada o incluso de algunas gemas preciosas como los rubíes o las esmeraldas.

OBTENCIÓN

La manera de obtención del cromo más usada es la aluminotermia, por tanto, los antiguos procedimientos puramente químicos para su obtención tienen tan sólo interés histórico.

Además, los procedimientos electrotérmicos sirven ya tan sólo para la obtención del ferrocromo, pero no del cromo puro libre del carbono.

aluminotermia

Aluminotermia

CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES

metal-cromado-motoEl cromo es un metal quebradizo, de brillo intenso, de color blanco, también se puede encontrar en estado de polvo gris claro resplandeciente.

Sus puntos de ebullición y fusión son elevados, 1550º y 2200º respectivamente.

Además, el cromo con 1,5-3% de carbono únicamente puede ser trabajado con el diamante ya que tiene, según la escala de Mohs, una dureza  igual a 9.

Para finalizar, el cromo fundido  al disolverse con el carbono y al solidificarse lo abandona de nuevo en su mayor parte en forma de grafito.

Por otra parte, sus aplicaciones son múltiples. Las más importantes, en pinturas cromadas como tratamiento antioxidante, en el curtido del cuero también es frecuente emplear el denominado “curtido al cromo” o el dicromato de potasio (K2Cr2O7),  un reactivo químico que se emplea en la limpieza de material de vidrio de laboratorio.

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

Aunque se trata de un elemento esencial para el ser humano, participa en el metabolismo de los lípidos, en el de los hidratos de carbono, así como otras funciones, sin embargo el cromo en altas concentraciones resulta tóxico.

Por ejemplo, los compuestos de cromo (VI) son tóxicos si son ingeridos, siendo la dosis letal de unos pocos gramos.

8. PLOMO

Historia del plomo

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Plomo

El plomo es uno de los metales que desde más antiguo conocieron y emplearon los hombres tanto por lo mucho que abunda como por su facilidad de fundirse

Se empieza a utilizar, aproximadamente hacia el año 5.000 a.C.

Se dice que en la antigüedad se escribía en láminas u hojas de plomo.

En la Edad Media se empleaban grandes planchas de plomo para las techumbres y para revestir la armazón de madera de las flechas o torres.

También se fundían en plomo muchos medallones, mascarones de fuentes, etc. Y había también fuentes bautismales de plomo.

Propiedades

  • Es muy maleable y blando.
  • De color grisáceo-blanco muy brillante recién cortado.
  • Se oxida con facilidad formando una capa de carbonato básico que lo autoprotege.
  • Tiene una gran elasticidad molecular.
  • Resiste bien a los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre.
  • Resiste muy bien a los agentes atmosféricos y químicos.
  • Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.
  • Su fusión se produce a 327,4 °C y hierve a 1725 °C.
  • Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.
  • Es dúctil.

Materias primas del plomo

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Galena

El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena (PbS). Otros minerales de importancia comercial son los carbonatos(cerusita, PbCO3) y los sulfatos (anglesita, PbSO4). Los fosfatos(piromorfita, Pb5Cl(PO4)3), los vanadatos (vanadinita, Pb5Cl(VO4)3), los arseniatos (mimelita, Pb5Cl(AsO4)3), loscromatos (crocoita, PbCrO4) y los molibdatos (vulferita, PbMoO4), los wolframatos (stolzita, PbWO4) son mucho menos abundantes. También se encuentra plomo en varios minerales deuranio y de torio, ya que proviene directamente de la desintegración radiactiva (decaimiento radiactivo).

La mayoría de los minerales contienen menos del 10 % de plomo, y los minerales que contienen tan poco como 3 % de plomo pueden ser explotados económicamente.

Aplicaciones del plomo

Gracias a sus excelentes propiedades el plomo tiene las siguientes propiedades:

En estado puro

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  • El óxido de plomo es usado para fabricar pinturas al minio (antioxidantes).
  • Tuberías, pero está casi en desuso debido a su elevado coste y por ser altamente contaminantes (corrosión del plomo)
  • Recubrimiento de baterías.
  • Protección de radiaciones nucleares, por ello se usan en muchos casos en radiografías para proteger las partes que no se quieren ver.
  • Como cubiertas de cables. es muy eficaz gracias a su ductilidad.

Formando aleación

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  • Soldadura blanda, a base de plomo y estaño, empleado como material de aportación.
  • Se utilizan una gran variedad de compuestos de plomo, como los silicatos, los carbonatos y sales de ácidos orgánicos, como estabilizadores contra el calor y la luz para los plásticos de cloruro de polivinilo.
  • Se usan silicatos de plomo para la fabricación de frituras (esmaltes) de vidrio y de cerámica, las que resultan útiles para introducir plomo en los acabados del vidrio y de la cerámica.
  • La azida de plomo, Pb(N3)2, es el detonador estándar para los explosivos plásticos como el C-4 u otros tipos de explosivos H.E.
  • También es usado como peso (como para bajar a hacer submarinismo)
  • Los arseniatos de plomo se emplean en grandes cantidades como insecticidas para la protección de los cultivos y para ahuyentar insectos molestos como cucarachas, mosquitos y otros animales.
  • Ellitargirio (óxido de plomo) se emplea mucho para mejorar las propiedades magnéticas de los imanes de cerámica de ferrita de bario.

Obtención

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Contaminación medioambiental

En nuestro cuerpo

El plomo puede entrar en el agua potable a través de la corrosión de las   tuberías. Esto es más común que ocurra cuando el agua es ligeramente ácida. Esta es la razón por la que los sistemas de tratamiento de aguas públicas ajustan el pH del agua potable. El plomo no cumple ninguna función esencial en el cuerpo humano; este puede principalmente hacer daño después de ser ingerido en la comida, o a través del aire o el agua. De esta forma nos producen algunas consecuencias como:

  • Aborto instantáneo, daño a los riñones, etc.

En el Medio Ambiente

Las sales de plomo entran en el medio ambiente a través de los tubos de escape (principalmente los defectuosos) de
los coches, camiones, motos, aviones, barcos y aerodeslizadores y casi todos los tipos de vehículos motorizados que utilicen derivados del petróleo como combustible, siendo las partículas de mayor tamaño las que quedarán retenidas en el suelo y en las aguas superficiales, provocando su acumulación en organismos acuáticos y terrestres, y con la posibilidad de llegar hasta el hombre a través de la cadena alimenticia. Las pequeñas partículas quedan suspendidas en la atmósfera, pudiendo llegar al suelo y al agua a través de la lluvia ácida.

Otro efecto significativo del plomo en las aguas superficiales, es que provoca perturbaciones en el fitoplancton, que es una fuente importante de producción de oxígeno en los océanos y de alimento para algunos organismos acuáticos de variado tamaño (desde ballenas hasta pequeños pececillos).

9. COBALTO

Historia del cobalto

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Cobalto

El cobalto se ha empleado para colorear el vidrio desde la Edad del Bronce. La más antigua de cobalto de color de cristal era de la época de la dinastía XVIII de Egipto (1550-1292 aC). Se desconoce el lugar donde se obtuvieron los compuestos de cobalto.

Los compuestos de cobalto se han utilizado durante siglos para obtener un color azul intenso de vidrio, los esmaltes y cerámicas. Se ha detectado cobalto en escultura egipcias y en joyas persas desde el tercer milenio aC.

 

Propiedades del cobalto

  • Tiene propiedades análogas al níquel, pero no es magnético.
  • De color blanco.
  • Generalmente encontrado junto al níquel.
  • Se encuentra en minerales como la cobaltita, la esmaltita y la eritrina.
  • Es un elemento duro, fuerte y resistente a la oxidación.

Aplicaciones del cobalto

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  • Se usa sobre todo en la producción de materiales y piezas industriales, más concretamente, en aleaciones, en generadores de turbinas de gas y turbinas de aviones.
  • Con este elemento se hacen aleaciones, para hacer herramientas que permitan el corte a alta temperatura.
  • Las sales de cobalto se usan para decoración y pintura.

El cloruro de cobalto, sulfato de cobalto, acetato de cobalto y nitrato de cobalto, se emplean en complejos tratamientos para ciertas enfermedades.

Obtención del cobalto

El cobalto se extrae en varias formas. Es extraído del níquel o el cobre a través de una extracción solvente, que separa los compuestos basada en su solubilidad en dos líquidos inmiscibles, como un solvente orgánico y agua. Por lo tanto, se extrae el cobalto desde una fase de un líquido a otro. También se extrae por fundición, usando el calor de los altos hornos y un agente reductor de metales, como carbón, para cambiar el estado de oxidación del mineral. El carbón quita el oxígeno del mineral y deja el cobalto. El cobalto es extraído para lograr el 99,9 por ciento de metal puro, y luego se vende a los fabricantes, que lo convierten en sulfato de cobalto, carbonato de cobalto o sales derivadas.

Repercusiones del cobalto

  • El cobalto metálico en polvo finamente dividido es inflamable.
  • Los compuestos de cobalto en general deben manipularse con precaución por la ligera toxicidad del metal.
  • El Co-60 es radiactivo y la exposición a su radiación puede provocar cáncer.
  • La ingestión de Co-60 conlleva la acumulación de alguna cantidad en los tejidos, cantidad que se elimina muy lentamente.

Los suelos cercanos a minas y fundiciones pueden contener una alta cantidad de Cobalto, así que la toma por los humanos a través de comer las plantas puede causar efectos sobre la salud.

Los efectos sobre la salud que son el resultado de la toma de altas concentraciones de Cobalto son:

  • Vómitos y náuseas.
  • Problemas de Visión.
  • Problemas de Corazón.
  • Daño del Tiroides.

10. CINC

Historia del Cinc

Las aleaciones del cinc se han usado durante siglos como podemos comprobar con las piezas de latón (cobre y cinc) encontradas en Canaán y que datan entre el 1000-1500 a.C. o en otros objetos encontrados en Transilvania con un contenido de hasta un 87% de cinc. Sin embargo las propiedades de este mineral hicieron que no llegara a comprenderse la naturaleza del mismo ya que tendía a evaporarse. También conocemos que los antiguos romanos forjaban piezas de latón hacia el año 30 a.C. Sin embargo la extracción y fundición del cinc puro no se dio hasta el año 1000 en India y el siglo XIV en China donde ya era conocido como el octavo metal.

cinc

Cinc

En occidente, en 1546, se observó que podía rascarse un metal blanco condensado de las paredes de los hornos en los que se fundían minerales de cinc y fue llamado Zincum y que más tarde pasó a ser un nuevo metal, sin embargo muchas veces en los tratados se hace referencia al mineral y no al metal libre y además se confunde con el bismuto. Finalmente  el cinc fue aislado por Andreas Marggraf en 1746, cuyo exhaustivo y metódico trabajo Sobre el método de extracción del cinc de su mineral verdadero, la calamina cimentó la metalurgia del cinc y su reputación como descubridor del metal.

En 1743 se fundó en Bristol el primer establecimiento para la fundición del metal a escala industrial pero su procedimiento quedó en secreto por lo que hubo que esperar 70 años hasta que Daniel Dony desarrollara un procedimiento industrial para la extracción del metal y se estableciera la primera fábrica en el continente europeo. Tras el desarrollo de la técnica de flotación del sulfuro de cinc se desplazó a la calamina como mena principal.

Propiedades

  • Es clasificado muchas veces como metal de transición aunque no lo sea ya que presenta el conjunto orbital completo.
  • Tiene cierto parecido al magnesio y al cadmio.
  • Es el 23º elemento más abundante en la Tierra.
  • Aplicación más importante: galvanizado del acero.
  • Es de color blanco azulado y al arder en el aire produce una llama de color verde azulada.
  • En presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión.
  • Resistencia a la deformación plástica en frío que disminuye en caliente.
  • No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente (contrario que la mayoría de metales).

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Materias primas

Calamina

Calamina

  • Calamina: es un carbonato de zinc, que cristaliza en el sistema romboédrico; suele encontrarse asociada a la blenda en forma de masas fibrosas, concrecionadas, generalmente pardosas, grisáceas o verdosas, que constituyen una importante mena del zinc.
  • Blenda: es un mineral compuesto por sulfuro de cinc (ZnS). Su nombre deriva del alemán blenden, engañar, por su aspecto que se confunde con el de la galena. El nombre de esfalerita proviene del griego sphaleros, engañoso.
  • Hemimorfita: es un hidroxisilicato de cinc hidratado, con aspecto de cristales largos dispuestos en costras radiadas, normalmente blancas, pero es frecuente en costras masivas de tonalidades verde o azul intenso.
  • Franklinita: es un mineral del grupo de la espinela. Es un óxido de zinc, hierro y manganeso de fórmula (Fe,Mn,Zn)2+(Fe,Mn)3+2O4. Su nombre proviene de la localidad de Franklin (Nueva Jersey, Estados Unidos), donde está el principal yacimiento.

Procesos de obtención

Blenda

Blenda

  • Vía seca: primeramente se tuesta el concentrado para transformar el sulfuro en óxido, que recibe la denominación de calcina, y a continuación se reduce éste con carbono obteniendo el metal (el agente reductor es en la práctica el monóxido de carbono formado). Otra forma más sencilla y económica de reducir el óxido de cinc es con Carbono. Se colocan los dos moles o porciones molares de óxido de cinc (ZnO), y un mol de Carbono (C), en un recipiente al vacío para evitar que el metal se incendie con el aire en el momento de purificarse, dando como resultado nuevamente óxido de cinc.
  • Vía húmeda: primeramente se realiza el tueste obteniendo el óxido que se lixivia con ácido sulfúrico diluido; las lejías obtenidas se purifican separando las distintas fases presentes. El sulfato de cinc se somete posteriormente a electrólisis con ánodo de plomo y cátodo de aluminio sobre el cual se deposita el cinc formando placas de algunos milímetros de espesor que se retiran cada cierto tiempo. Los cátodos obtenidos se funden y se cuela el metal para su comercialización.Como subproductos se obtienen diferentes metales como mercurio, óxido de germanio, cadmio, oro, plata, cobre, plomo en función de la composición de los minerales. El dióxido de azufre obtenido en la tostación del mineral se usa para producir ácido sulfúrico que se reutiliza en el lixiviado comercializando el excedente producido.

obtencion-del-cinc

Aplicaciones

  • Galvanizado del acero: protege de la oxidación. Supone un 50% del consumo anual.
  • Baterías de ZnAgO: misiles y cápsulas espaciales.
  • Piezas de fundición inyectada en la industria de la automoción.
  • Metalurgia de metales preciosos.
  • Pinturas de óleo.
  • Aleaciones (Latón, alpaca, etc.)

Impacto medioambiental

Zinc es adicionado durante actividades industriales. (minería, combustión de carbón, procesado de acer, etc.)

El agua es contaminada: presencia de grandes cantidades de Zinc en las aguas residuales de plantas industriales. Algunos peces pueden acumular Zinc en sus cuerpos.

Grandes cantidades de Zinc pueden ser encontradas en los suelos. Plantas contaminadas al igual que los abonos. Los animales acabarían contaminados.

11. WOLFRAMIO

Historia

wolframio

Wolframio

  • En 1779, mientras se estudiaba la wolframita se predijo que podía contener un nuevo elemento.
  • En 1781 se dedujo que podría surgir un nuevo elemento a partir del ácido túngstico.
  • En España en 1783, los hermanos Elhúyar encontraron un ácido a partir de la wolframita, idéntico al ácido túngstico.
  • Uno de los hermanos consiguió aislar el wolframio en Suecia mediante una reducción con carbón vegetal.
  • En 1820 el químico sueco Berzelius obtuvo wolframio mediante una reducción con hidrógeno, método que se emplea actualmente.

Características

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Principales aplicaciones

filamento-wolframio

  • Filamentos de bombillas.
  • Fabricación de herramientas de corte para máquinas.
  • Accesorios para soldadura TIG.

 Impacto medioambiental

Los datos de toxicidad del wolframio son limitados pero se estima que la dosis letal para el ser humano es de 5g/kg. Al ingerirlo genera convulsiones e insuficiencia renal con necrosis tubular aguda.

Los efectos del wolframio en el medio ambiente son prácticamente desconocidos, aunque preocupa el desprendimiento en el agua de este mineral que contienen las pomadas para pescar.

12. Presentación de diapositivas


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