FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

MATERIALES NO FERROSOS

Autor(es):

CHAVEZ NAVARRO, Kevyn Aderly

JARA CHALCO, Nilton

JULCARIMA ROSALES, Saith Noel

ROSAS MONTES DE OCA, Gonzalo

VELITO SOTO, Javier

Asesor:

Lima - Perú

2015

ÍNDICE

Pg.

INTRODUCCIÓN 3

CUERPO 5

Localización de los participantes 5

Consentimiento informado 5

A través de una línea de tiempo 7

Localización de las fuentes de información 8

Análisis e interpretación 8

Técnicas e Instrumentos de Recolección de datos 11

CONCLUSIONES 12

REFERENCIAS BIBILIOGRÁFICAS 13

ANEXOS 14

Anexo 01: Guión de entrevista a profundidad 14

Anexo 02: Transcripción de entrevistas 17

Anexo 03: Análisis e interpretación de los resultados 23

2

INTRODUCCIÓN

Propiedades como bajo peso específico, poca o nula oxidación en condiciones

ambientales normales, así como una fácil manipulación, han contribuido a que los

materiales no ferrosos tengan una gran importancia en la fabricación de gran cantidad de

productos. Las aleaciones de productos no ferrosos son extensamente utilizadas en

nuestro quehacer diario. Van desde monedas (fabricadas con aleaciones de cobre, níquel

y aluminio) hasta filamentos de bombillas (de wolframio), pasando por componentes

electrónicos soldados mediante estaño, grifos recubiertos de cromo, etc.

3

MATERIALES NO FERROSOS

Los materiales no ferrosos comprende todos los metales a excepción del hierro,

sus propiedades como: el bajo peso específico, la resistencia a la oxidación condiciones

ambientales normales, la fácil manipulación y mecanizado. Las aleaciones de productos

no ferrosos tienen gran cantidad de aplicaciones: monedas (fabricadas con aleaciones de

cobre, níquel y aluminio), filamentos de bombillas (de wolframio), material de soldadura

de componentes electrónicos (estaño-plomo), recubrimientos (cromo, níquel, zinc)

“Los metales y aleaciones no ferrosos incluyen una amplia gama de materiales, desde los metales más comunes como el aluminio, cobre y magnesio, hasta las aleaciones de alta resistencia y alta temperatura, como las del tungsteno, tantalio y molibdeno. Aunque en general de mayor costo que los metales ferrosos, los metales y aleaciones no ferrosos tienen aplicaciones importantes debido a sus propiedades como por ejemplo la resistencia a la corrosión, elevada conductividad térmica y eléctrica, baja densidad y facilidad de fabricación.” (Kalpakjian, et al, 2009, p.156).

Todas las actividades relacionadas con la producción de metales no ferrosos, con exclusión de la minería, pero de metales y aleaciones elaborados con procedimiento de hidrometalúrgicos y piro metalúrgicos así como las fundiciones. (Oficina Internacional del Trabajo Ginebra, 2003, p 15).

1. CLASIFICACIÓN DE LOS METALES NO FERROSOS

1.1. PESADOS : Su densidad es igual o mayor de 5 kg /dm3

1.1.1. ESTAÑO:

1.1.1.1. DEFINICION

Es un metal bastante escaso en la corteza terrestre. Suele

encontrarse concentrado en minas, aunque la riqueza suele ser bastante

baja (del orden del 0,02%). El mineral de estaño más explotado es la

casiterita (SnO2). (Anexo 01)

“Se utiliza el estaño sin alear en aplicaciones como materia de recubrimiento para plantas de destilación de agua y como una capa fundida de metal sobre la cual se fabrica el vidrio en hoja. Las aleaciones en base a estaño (también conocidas como metales blancos), por lo general contienen cobre, antimonio y plomo. Los elementos de aleación imparten dureza, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión”. (Kalpakjian, et al, 2009, p.171).

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1.1.1.2. PROPIEDADES

Densidad: 7,28 kg/dm3.

Punto de fusión: 231 °C.

Resistividad: 0,115 Ω·mm 2/m.

Resistencia a la tracción: 5 kg/mm2.

Alargamiento: 40%

1.1.1.3. CARACTERÍSTICAS

El estaño puro tiene un color muy brillante.

A temperatura ambiente se oxida perdiendo el brillo exterior, es

muy maleable y blando, y pueden obtenerse hojas de papel de

estaño de algunas décimas de milímetro de espesor.

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.

1.1.1.4. OBTENCIÓN DEL ESTAÑO(Anexo 02)

La casiterita se tritura (1) y muele (2) en molinos adecuados.

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.

Se introduce en un horno (4), donde se oxidan los posibles

sulfures 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 a estaño), depositándose el estaño en la

parte inferior y la escoria en la superior.

5

Finalmente, para obtener un estaño con porcentaje del 99% es

necesario someterlo a un proceso electrolítico (6).

1.1.2. COBRE:

1.1.2.1. DEFINICION

Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico

que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre,

se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el

segundo después de la plata). (Anexo 03)

“Los metales que no contienen hierro se llaman no ferrosos. Algunos de ellos se han hecho casi tan importantes como el hierro para procesos industriales. Dos de los metales básicos más esenciales para aleaciones son: el cobre, con su gran familia de latones, bronces y otras variaciones, y el aluminio”. (Delmar, 1970, p.177).

Los minerales de cobre más utilizados en la actualidad se encuentran en

forma de:

cobre nativo

sulfuros:

o calcopirita S2CuFe

o calcosina Scu2

óxidos

o cuprita Cu2O

o malaquita CO3Cu-Cu(OH)2.

1.1.2.2. PROPIEDADES

Densidad: 8,90 kg/dm 3 .

Punto de fusión: 1083 °C.

Resistividad: 0,017 Ω·mm 2/m.

Resistencia a la tracción 18 kg/mm 2 .

Alargamiento: 20%.

6

1.1.2.3. CARACTERÍSTICAS

Es muy dúctil (se obtienen hilos muy finos) y maleables

(pueden formarse láminas hasta de 0,02 mm de espesor).

Posee una alta conductividad eléctrica y térmica.

Oxidación superficial (verde)

1.1.2.4. OBTENCIÓN DEL COBRE(Anexo 04)

Existen dos métodos de obtención del cobre: por vía húmeda

y por vía seca.

Proceso de obtención del cobre por vía húmeda.

Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral

es inferior al 10%.

El procedimiento consiste en triturar todo el mineral

y añadirle ácido sulfúrico. Luego, mediante un

proceso de electrólisis, se obtiene el cobre.

Proceso de obtención del cobre por vía seca.

a) El mineral de cobre (1) se tritura (2) y se pulveriza

en un molino de bolas (3), un cilindro con agujeros

muy finos, por donde saldrá el mineral pulverizado,

con unas bolas de acero.

b) Para separar la mena de la ganga, se introduce el

mineral en polvo en un depósito lleno de agua (4) y

se agita. El mineral, más pesado, se irá al fondo,

mientras que la ganga flotará y se sacará por arriba.

c) El mineral concentrado se oxida parcialmente (sólo

el hierro, no el cobre) en un horno (5). Se suele

colocar en una cinta transportadora metálica que se

mueve lentamente al mismo tiempo que se calienta

la mena. Así se consigue separar el hierro del cobre.

d) Se funde en un horno de reverbero (6),

añadiéndole fundente (sílice y cal) para que reaccione

con el azufre y el óxido de hierro y forme la escoria. El

7

cobre aquí obtenido (7) tiene una pureza aproximada

del 40 % y recibe el nombre de cobre bruto o cobre

blíster. Si se quiere obtener un cobre de pureza

superior al 99,9 % (9), es necesario un refinado

electrolítico en la cuba (8).

1.1.3. ZINC

1.1.3.1. DEFINICION

Es conocido desde la más remota antigüedad, pero no se consiguió

aislarlo de otros elementos y, por tanto, obtenerlo en estado puro hasta el

siglo XVII. (Anexo 05)

Los minerales más empleados en la extracción del zinc son:

blenda (SZn 40 a 50% de cinc)

calamina (SiO4Zn2-H2O menor del 40% de Zinc)

“Otro uso principal del zinc es estructural, pero el zinc puro rara vez es utilizado para este fin. Los elementos de aleación principales en las aleaciones en base al zinc son el aluminio, cobre y magnesio; imparten resistencia y proporcionan control dimensional durante la fundición y colada del metal. Las aleaciones base zinc se utilizan ampliamente en la fundición a presión para la manufactura de producción como bombas de combustibles y parrillas de automóviles, componentes para aparatos domésticos como aspiradoras, lavadoras y equipo de cocina, así como varias partes de maquinaria y equipo de fotograbado. (Kalpakjian, et al, 2009, p.170).

1.1.3.2. PROPIEDADES

Densidad: 7,14 kg/dm 3

Punto de fusión: 419°C

Resistividad: 0,057 Ω·mm 2/m

Resistencia a la tracción:

Piezas moldeadas: 3 kg/mm 2 .

Piezas forjadas: 20 kg/mm 2 . Alargamiento: 20%.

1.1.3.3. CARACTERÍSTICAS

Color blanco azulado

Es muy resistente a la oxidación y corrosión en el aire y

en el agua, pero poco resistente al ataque de ácidos y

8

sales.

Tiene el mayor coeficiente de dilatación térmica de todos

los metales.

A temperatura ambiente es quebradizo, pero entre 100 y

150 °C es muy maleable.

1.1.3.4. OBTENCIÓN DEL ZINC

Al igual que ocurría con el cobre, dependiendo de la concentración del

mineral de cinc se emplean dos procedimientos de obtención:

Vía seca (concentraciones mayores del 10%)(Anexo 06)

Vía húmeda (concentraciones inferiores al 10%)(Anexo 07)

1.1.4. PLOMO

1.1.4.1. DEFINICION

Se empieza a utilizar, aproximadamente, en el año 5000 a. C.,

adquiriendo gran importancia durante el periodo romano y a partir del siglo

xix. Contienen plomo los minerales: (Anexo 08)

Galena SPb (el más empleado)

Cerusita CO3Pb Anglesita SO4Pb

El plomo se utiliza frecuentemente en los metales como capa de protección, del mismo modo que la pintura para la madera. En efecto, muchos de los metales no ferrosos forman capas protectoras. Los procesos comunes de recubrimiento incluyen la inmersión, la metalización y la electrodeposición. (Delmar, 1970, p.177).

1.1.4.2. PROPIEDADES

Densidad: 11,34 kg/dm 3 .

Punto de fusión: 327 °C.

Resistividad; 0,22 Ω·mm2/m.

Resistencia a la tracción: 2 kg/mm 2 .

Alargamiento: 50 %.

1.1.4.3. CARACTERÍSTICAS

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De color grisáceo-blanco muy brillante cuando está

recién cortado.

Muy blando y maleable

Buen conductor térmico y eléctrico

Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato

básico que lo autoprotege.

Reacciona con los ácidos lentamente o formando capas

protectoras (oxidación superficial)

Resiste bien a los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es

atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre.

Forma compuestos solubles venenosos Pb(OH) 2

1.1.4.4. OBTENCIÓN DEL PLOMO

Consta básicamente de cuatro fases (Anexo 09)

1.1.5. CROMO

1.1.5.1. DEFINICION

Es un metal que se emplea especialmente en metalurgia. Su nombre

"cromo" (derivado del griego chroma, "color") se debe a los distintos

colores que presentan sus compuestos. (Anexo 10)

1.1.5.2. PROPIEDADES

Densidad: 6,8 kg/dm3.

Punto de fusión: 1900°C.

Resistividad: 1,1 Ω·mm2/m.

1.1.5.3. CARACTERÍSTICAS

Tiene un color grisáceo acerado.

Es muy duro y tiene un gran acritud.

Resiste muy bien la oxidación y corrosión.

Se emplea como:

o cromado brillante: para objetos decorativos.

o cromado duro: para la fabricación de aceros

inoxidables y aceros para herramientas..

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1.1.6. OTROS MATERIALES :

Níquel

Wolframio o tungsteno

Cobalto

1.2. LIGEROS: : Su densidad es comprendida entre 2 5 kg /dm3

1.2.1. ALUMINIO

1.2.1.1. DEFINICION

Es el metal más abundante en la naturaleza. Se encuentra como

componente de arcillas, esquistos, feldespatos, pizarras y rocas graníticas,

hasta constituir el 8 % de la corteza terrestre. No se encuentra en la

naturaleza en estado puro, sino combinado con el oxígeno y otros

elementos. El mineral del que se obtiene el aluminio se llama bauxita

Al2O3- 2H2O, que está compuesto por alúmina y es de color rojizo.

(Anexo11)

“Los factores de importancia en la selección de aluminio (AL) y de sus aleaciones con su elevada relación resistencia al peso, su elevada conductividad térmica y eléctrica, su no toxicidad, su reflectividad su apariencia y su facilidad de conformado y de maquinabilidad, también son magnéticos” (Kalpajan, Schmid, 2002, p 157).

1.2.1.2. PROPIEDADES

Densidad: 2,7 kg/dm3

Punto de fusión: 660 °C.

Resistividad: 0,026 Ω·mm2/m.

Resistencia a la tracción: 10 - 20Kg/mm2

Alargamiento: 50%

1.2.1.3. CARACTERÍSTICAS

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Es muy ligero e inoxidable al aire, pues forma

una película muy tina de óxido de aluminio

(Al2O3) que lo protege.

Es buen conductor de la electricidad y del calor.

Se suele emplear en conducciones eléctricas

(cables de alta tensión) por su bajo peso.

Es muy maleable y dúctil.

1.2.1.4. OBTENCIÓN DEL ALUMINIO

El método Bayer es el más empleado por resultar el más

económico. Consta de dos fases: Obtención de la alúmina

1. La bauxita se transporta desde la mina al lugar de

transformación (cerca de puertos, ya que la mayoría se

importa) (Anexo 12)

2. Se tritura y muele hasta que queda pulverizada.

3. Se almacena en silos hasta que se vaya a consumir.

4. En un mezclador se introduce bauxita en polvo, sosa

cáustica, cal y agua caliente. Todo ello hace que la bauxita

se disuelva en la sosa,

5. En el decantador se separan los residuos (óxidos que se

hallan en estado sólido y no fueron atacados por la sosa).

6. En el intercambiador de calor se enfría la disolución y se le

añade agua. (Anexo 13)

7. En la cuba de precipitación, la alúmina se precipita en el

fondo de la cuba.

8. Un filtro permite separar la alúmina de la sosa.

9. La alúmina se calienta a unos 1200°C en un horno, para

eliminar por completo la humedad.

10. En el refrigerador se enfría la alúmina hasta la

temperatura ambiente.

1.2.1.5. TITANIO

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1.2.1.5.1. DEFINICION

Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el

cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el

noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en estado

puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y

en las cenizas de animales y plantas. (Anexo 14)

“El titanio no aleado, conocido como titanio comercialmente puro, tiene una excelente resistencia a la corrosión para aplicaciones donde la consideración de resistencia es secundaria. Se agregan elementos de aleación como el aluminio, el vanadio, el molibdeno, el manganeso y otras aleaciones de titanio, a fin de impartir propiedades como son una mejor capacidad de trabajo, una mayor resistencia y una mayor capacidad de endurecimiento.” (Kalpakjian, et al, 2009, p.166).

1.2.1.6. PROPIEDADES

Densidad: 4,45 kg/dm3

Punto de fusión: 1800 °C.

Resistividad: 0,8 Ω·mm2/m.

Resistencia a la tracción: 100Kg/mm2

Alargamiento: 5%

1.2.1.7. CARACTERÍSTICAS

Es un metal blanco plateado que resiste

mejor la oxidación y la corrosión que el acero

inoxidable.

Las propiedades mecánicas son análogas, e

incluso superiores, a las del acero, pero tiene

la ventaja de que las conserva hasta los 400

°C.

1.2.1.8. OBTENCIÓN DEL TITANIO

Es un proceso complejo que encarece extraordinariamente el

producto final. Se emplea casi exclusivamente el método

Kroll, que consta de tres fases (Anexo 15)

1.3. ULTRALIGEROS: : Su densidad es menor de 2 kg /dm3

13

1.3.1.1. MAGNECIO

1.3.1.1.1. DEFINICION

Es el séptimo elemento en abundancia constituyendo del orden del

2 % de la corteza terrestre y el tercero más abundante disuelto en el agua

de mar. El ion magnesio es esencial para todas las células vivas. El metal

puro no se encuentra en la naturaleza. Una vez producido a partir de las

sales de magnesio, este metal alcalino-térreo es utilizado como un

elemento de aleación. (Anexo 16)

“El magnesio (Mg) es el metal de Ingeniería más ligero disponible, y tiene buenas características de amortiguamiento de las vibraciones. Se utilizan sus aleaciones en aplicaciones estructurales y no estructurales siempre que el peso sea una consideración de primera importancia.” (Kalpakjian, et al, 2009, p.162).

1.3.1.2. PROPIEDADES

Densidad: 1,74 kg/dm3

Punto de fusión: 650 °C.

Resistividad: 0,8 Ω·mm2/m.

Resistencia a la tracción: 18Kg/mm2

Alargamiento: 5%

1.3.1.3. CARACTERÍSTICAS

Tiene un color blanco, parecido al de la plata.

Es maleable y poco dúctil.

Es más resistente que el aluminio.

En estado líquido o en polvo es muy inflamable

( flash de las antiguas cámaras de fotos)

1.3.1.4. OBTENCIÓN DEL MAGNECIO

Existen dos métodos, dependiendo del mineral de magnesio:

Electrolisis y reducción (Anexo 17)

1.3.2. BERILIO

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1.3.2.1. DEFINICION

El berilio, metal raro, es uno de los metales estructurales más

ligeros, su densidad es cerca de la tercera parte de la del aluminio. En la

table de arriba se muestran algunas de las propiedades físicas y

químicas importantes del berilio. El berilio tiene diversas propiedades

poco comunes e incluso únicas. (Anexo 18)

“El berilio es también un elemento de aleación y sus aleaciones de cobre y níquel se utilizan en aplicaciones que incluyen resortes (berilio y cobre), contactos eléctricos y herramientas libres de chispas para uso en ambientes explosivos como minas y la producción de polvos de metal. El berilio y su oxido son tóxicos, no deben inhalarse el polvo y humos asociados. ” (Kalpakjian, et al, 2009, p.170).

1.3.2.2. PROPIEDADES

Densidad: 1848 kg/ m3

Punto de fusión: 1560k(1287 °C)

1.3.2.3 CARACTERÍSTICAS

Es un elemento alcalinotérreo bivalente, tóxico,

Es de color gris, duro, ligero y quebradizo.

Se emplea principalmente como endurecedor en

aleaciones, especialmente de cobre.

1.3.2.4 OBTENCIÓN DEL TITANIO

La reducción se logra, térmicamente, con la adición de magnesio al fluoruro de

berilio, y, electrolíticamente, con el cloruro de berilio. Más del 90% del metal se

obtiene por el proceso térmico.

15

ANEXO 01

http://neetescuela.com/%C2%BFpor-que-se-llama-la-peste-del-estano/

ANEXO 02

16

ANEXO 03

http://www.granadanatural.com/ficha_minerales.php?cod=32

ANEXO 04

ANEXO 05

http://dymmetal.elhorticultor.org/zinc-o-cinc-elemento-quimico-esencial/

17

ANEXO 06

ANEXO 07

ANEXO 08

http://curiosidades.batanga.com/5198/caracteristicas-del-plomo

18

ANEXO 09

ANEXO 10

http://audacia.com.mx/?p=1058

19

ANEXO 11

http://www.itespresso.es/la-carcasa-del-nuevo-iphone-podria-ser-de-metal-liquido-

101081.html

ANEXO 12

20

ANEXO 13

ANEXO 14

http://www.invertirenoro.es/otros-metales-preciosos/el-titanio.html

21

ANEXO 15

ANEXO 16

http://html.rincondelvago.com/magnesio_1.html

ANEXO 17

22

ANEXO 18

http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Berilio.htm

23

CONCLUSIONES

Al terminar esta unidad hemos dejado claro cuáles son los metales no ferrosos, que los identifica, que los caracteriza, como están formados y que tipo de utilidad tienen ellos para nosotros, en nuestro diaria vivir como el cinc, poco alterable, se utiliza para los canalones y las cubiertas de las casas. El aluminio está presente en ventanas, puertas y portones gracias a su resistencia a la intemperie. El cobre es inalterable al agua y al vapor de agua. El acero galvanizado, acero recubierto, se utiliza para puertas de garajes y barandillas.

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