Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
TEMA 8: METALLS NO FÈRRICS - Coggle Diagram
TEMA 8: METALLS NO FÈRRICS
1. L'obtenció dels metalls
Només uns quants —com l'or o el coure— es poden trobar purs, però en quantitats molt petites (es coneixen amb l'adjectiu nadiu).
1.1. Enriquiment del mineral
L'enriquiment del mineral consisteix a preparar el producte obtingut a la mina per a l'aplicació de les accions posteriors.
La
trituració
: reducció per mitjans mecànics de la grandària de les roques. L'objectiu és incrementar la superfície exterior del producte i facilitar així les accions posteriors.
La
concentració
: separació de la mena i la ganga per mitjans físics, és a dir, sense que hi hagi reaccions químiques.
1.2. Reducció
La
reducció
consisteix en la separació de la màxima quantitat de l'element químic desitjat (el metall) de la resta d'elements químics amb els quals es troba combinat tot formant els compostos.
1.3. Afinament
En moltes ocasions, el metall fos obtingut als forns no té la puresa necessària per a moltes de les aplicacions industrials. Caldrà, doncs, aplicar-hi un procés d'eliminació d'impureses per tal d'obtenir-ho amb la màxima puresa. Aquest procés és conegut com l'afinament, i es pot fer per mitjans tèrmics o electrolítics.
L'
afinament tèrmic
es realitza en forns (convertidors o de reverber) aplicant-hi oxigen, aire o alguns productes químics.
L'afinament electrolític es realitza en uns recipients anomenats tancs electrolítics que contenen un producte químic en fase líquida (l'electròlit) on se submergeixen uns elements conductors elèctrics o elèctrodes: el càtode connectat al pol negatiu i l'ànode connectat al positiu. En connectar els elèctrodes a una tensió elèctrica de corrent continu, i fer-hi passar una gran quantitat de corrent elèctric, s'aconsegueix separar químicament els àtoms de metall, que s'aniran dipositant en el càtode, mentre que les impureses quedaran dissoltes a l'electròlit o precipitaran al fons del tanc.
2. Propietats dels metalls i els aliatges
3. El coure
La metal·lúrgia del coure es va iniciar cap al 4500 aC. S'obté de minerals com la calcocita (Cu2S), la calcopirita (CuFeS2) o la malaquita (Cu2(CO3)(OH)2).
Es pot trobar concentrat en algunes zones del planeta com Xile (principal productor), els Estats Units, l'antiga URSS i el Canadà.
El coure és un material dens, tou i plàstic que es pot treballar molt bé en fred, tot i que presenta acritud. Té una gran conductivitat elèctrica i tèrmica i resisteix molt bé la corrosió.
Les aplicacions més usuals són els cables elèctrics, les calderes, els bescanviadors de calor i les canonades d'aigua i gas, entre d'altres.
Aliatges en què el coure entra en major :proporció
Els llautons són aliatges de coure i zinc (Zn). La utilització del zinc millora les propietats mecàniques del coure —com succeeix amb tots els aliatges—, en baixa el punt de fusió i el fa més apte per a l'obtenció d'objectes per fusió i emmotllament. D'altra banda, el zinc redueix la conductivitat elèctrica i tèrmica del coure.
Els bronzes són aliatges de coure i qualsevol altre metall diferent del zinc. Tradicionalment, l'estany (Sn) ha estat el principal element d'aliatge. L'estany millora les propietats de fusió i emmotllament del coure i, afegit en petites proporcions (< 12 %), augmenta la seva duresa i resistència al desgast per fregament. També aconsegueix millorar-ne la resistència a la corrosió, especialment a l'aigua de mar i als carburants. L'efecte negatiu és la reducció de la conductivitat tèrmica i elèctrica del bronze respecte de la del coure pur.
4. L'alumini
La
bauxita
és el mineral del qual s'obté l'alumini. El procediment d'obtenció no és senzill, ja que requereix la utilització de grans quantitats d'energia elèctrica a causa de la forta tendència de l'alumini a combinar-se amb altres elements químics i formar compostos.
És un material lleuger, bon conductor tèrmic i elèctric, molt dúctil, mal·leable i tou en estat pur, tot i que presenta acritud. És resistent a la corrosió provocada per la humitat però no resisteix l'aigua de mar ni les solucions salines ni gaires productes químics, especialment els àcids. Fon a baixa temperatura i és adient per a la fabricació de peces per fusió i emmotllament.
L'alumini s'utilitza principalment per a cables elèctrics, bescanviadors de calor, estris de cuina, envasos i embolcalls en la indústria alimentària, etc.
aliatges lleugers
:
aliatges lleugers per a fusió i emmotllament
Blocs de motors, pistons de motors d'explosió, estris de cuina, perfils per a marcs de finestres i portes...
aliatges lleugers per a forja o laminatge
construcció aeronàutica i naval o els perfils laminats per a estructures metàl·liques.
Un material no fèrric amb moltes aplicacions a la societat actual és el
titani
. Es tracta de l'element metàl·lic que posseeix la major proporció de duresa-densitat. És un metall fort, amb una baixa densitat i una alta ductilitat.
Aplicacions aeroespacials i nàutiques
Aplicacions industrials
Aplicacions de consum i arquitectòniques
Aplicacions mèdiques
5. Altres metalls d'aplicació industrial
6. Pulverimetal·lúrgia
La
pulverimetal·lúrgia
, també anomenada
metal·lúrgia de les pólvores
, és una tècnica per obtenir o donar forma a materials metàl·lics a partir de components que fonen a temperatures molt elevades, que tenen una extrema duresa o altres característiques especials que fan que no hi siguin aplicables processos d'obtenció o conformació tradicionals.
Aquesta tècnica s'aplica, entre d'altres, en els casos següents:
Fabricació d'objectes amb materials refractaris, que implicaria la utilització de molta energia per aconseguir les elevades temperatures de fusió.
Fabricació d'objectes amb materials molt purs i de composicions molt precises, ja que permet un millor control de les impureses.
Fabricació de peces amb materials difícils d'emmotllar, de forjar o de mecanitzar.
Fabricació, a partir de carburs metàl·lics, d'eines de tall ràpid per a màquines-eina, com ara torns, fresadores, fileres, etc.
Fabricació de peces metàl·liques poroses per utilitzar com a filtres o com a coixinets autolubrificants.
6.1. Obtenció de les pólvores
6.2. Compressió
Les pólvores són introduïdes en un motlle amb la forma de la peça que volem obtenir i, mitjançant premses hidràuliques, s'hi aplica una pressió elevada (en alguns casos pot arribar als 100 000 N/mm2). Aquesta compressió fa que les superfícies de les partícules del material entrin en contacte i que es produeixin unions entre els àtoms superficials (difusió), en un procés similar a una soldadura en fred.
6.3. Sinterització
Per tal d'augmentar la cohesió i la tenacitat de les peces comprimides i aconseguir així que es comportin com una massa compacta, s'introdueixen en un forn i són sotmeses a temperatures elevades. Aquest procés afavoreix la unió dels àtoms iniciada en la fase anterior.
Les temperatures de sinterització són elevades, però, normalment, inferiors a la de la fusió dels productes utilitzats, i s'apliquen durant un temps comprès entre els 15 minuts i les 2 hores.
