El procés habitual per l’obtenció dels diferents metalls consisteix en l’aplicació del procés metal•lúrgic a les menes. L’alumini forma un òxid conegut com aluminia, que es troba en una concentració del 60% en massa al mineral conegut com bauxita. Aplicant-li un procés metal•lúrgic adequat s’aconsegueix separar l’alumini de l’oxigen i de la resta de materials que componen la bauxita, obtenint industrialment l’alumini.
Igual que a la siderúrgia hi ha un procés específic per a cada tipus de metall, o fins i tot poden haver dos tipus diferents per extreure un metall de minerals diferents. Però, la majoria dels processos tenen alguns passos en comú.
Enriquiment del material.
Consisteix en preparar el producte obtingut a la mina per a l’aplicació d’accions posteriors.
Normalment s’utilitzen les accions següents: trituració i concentració.
• Trituració: reducció per mitjans mecànics de la grandària de les roques. L’objectiu es incrementar la superfície exterior del producte i facilitar les accions posteriors.
Obtenció dels metalls.
• Concentració: separació de la mena i la ganga per mitjans físics, es a dir, sense que hi hagi reaccions químiques.
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.
Gairebé sempre es fa aplicant altes temperatures en forns per aconseguir la fusió del metall.
Sempre que es tracta d’òxids s’utilitza de reductor el carboni per la seva afinitat a l’oxigen. A vegades cal afegir algun altre element químic per facilitar l’extracció de les impureses.
Sovint el metall no es troba en format d’òxid, cal aplicar una torrefacció o tostació o calcinació prèvia per transformar-lo en òxid, abans d’aplicar la reducció.
Afinament
Molt sovint, el metall fos obtingut als forns no té la puresa necessària per a moltes de les aplicacions industrials caldrà aplicar-hi un procés d’eliminació d’impureses per obtenir-ho amb la màxima puresa. Aquest procés és l’afinament. Consta de dos processos:
• Afinament tèrmic: es realitza en forns aplicant oxigen, carbó i productes químics.
• Es realitza en uns recipients anomenats tancs que contenen un producte químic en fase líquida (electròlit líquid) on es submergeixen uns elements conductors elèctrics o electròlits. En conectar els elèctrodes a una tensió elèctrica de CC s’aconsegueix separar químicament els àtoms de metall que s’anirà dipositant en el càtodes de les impureses que queden dissoltes a l’electròlit i es precipiten al fons del tanc.
Trituració, Concentració, torrefacció,Reducció i Afinament Tèrmic i Electrolític
2. Propietats dels metalls i els aliatges.
A les taules s’hi poden trobar algunes de les principals propietats de diferents metalls purs i d’alguns aliatges comuns. Molts d’aquests valor són orientatius, ja que segons com s’hagi aconseguit elaborar el metall pur o segons la composició (en el cas dels aliatges), les propietats poden variar.
(taula ppt)
- Densitat: massa especifica d’un cos o fluid, la quantitat de matèria que hi ha per unitat de volum.
- Temperatura de fusió: magnitud que indica el grau de temperatura d’un cos mesurant-li l’energia tèrmica en relació amb la de d’un altra. En el SI es mesura en kelvins. En l’ús quotidià ens referim a graus. La temperatura està relacionada amb l’energia cinètica dels àtoms, molècules que formen el cos. Així les molècules d’un cos calent vibraran més que les de un cos fred. La temperatura afecta a l’estat de la matèria, a la conductivitat elèctrica i a la velocitat de les reaccions químiques.
- Mòdul elàstic: (rigidesa) és la relació entre la tensió de tracció i l’allargament unitari d’un material sòlid mentre no s’hagi accedit al límit elàstic.
- Límit elàstic: és la tensió màxima que un material elàstic pot suportar sense patir deformacions permanents. Si apliquem tensions superiors a aquests límit, el material experimenta deformacions permanents i no recupera la seva forma original en retirar les càrregues.
- Resistència al trencament: (resistència mecànica) és l’esforç màxim que pot suportar el material abans de trencar-se.
- Allargament unitari: (plasticitat) és la relació entre l’allargament i la longitud inicial de la proveta assajada que expressa l’allargament d’aquesta per unitat de longitud.
- HBW: (duresa) mesura la resistència al ratllat dels materials. En la metal•lúrgia la duresa es mesura mitjançant l’assaig de penetració. Es pot mesurar d’acord amb l’escala de Mohs.
- Resistivitat elèctrica: representa la seva capacitat a oposar-se a la circulació del corrent elèctric. Es correspon amb la resistència elèctrica d’un tros de material d’un metre de longitud i d’un metre quadrat de secció, s’expressa en ohms per metre. (•m) –òhmmetre- la resistivitat permet classificar els materials en conductors, semiconductors i aïllants. No hi ha cap aïllador perfecte (p=), ni cap conductor perfecte (p=).
- Conductivitat tèrmica: és la mesura de la facilitat amb la que al calor passa a través d’un material i depèn únicament de la natura del material i no de la seva forma. Tècnicament és la quantitat de calor que passa per unitat de temps.
- Coeficient de dilatació lineal: és el quocient que mesura el canvi relatiu de longitud o volum que es produeix quan un sòlid o fluid dins d’un recipient experimenta un canvi de temperatura experimentant una dilatació tèrmica.
- Dilatació tèrmica: fenomen que provoca la variació de les dimensions d’una substància especialment dels materials metàl•lics en resposta a canvis en la seva temperatura.
3. El Coure
El coure (Cu) ha estat uns del primer metalls utilitzats pels humans molt abans del ferro, la metal•lúrgia del qual es va iniciar 4mil cinc-cents anys abans de crist.
El coure es troba a partir de minerals com la calcocita, la calcopirita o la malaquita.
És un metall amb poca abundància a la natura, però per altra banda s’hi pot trobar en grans quantitats a Xile (productor mundial del 16% del total).
El coure és un material molt dens, tou i plàstic que es pot treballar molt bé en fred to i que presenta acritud. Té una gran conductivitat tèrmica i elèctrica i resisteix molt bé la corrosió. Les aplicacions més usades al mercats són els cables elèctrics, les calderes i les canonades d’aigua i gas, entre d’altres.
Amb el coure podem fer dos tipus d’aliatges: els llautons i els bronzes.
• Llautons: aliatges de coure i zinc. Utilitzar el zinc millora les propietats mecàniques del coure, disminueix el punt de fusió i fa que sigui més fàcil utilitzar-lo per a l’obtenció d’objectes per emmotllament. Per contra el zinc redueix la conductivitat elèctrica i tèrmica del coure. Els llautons que conten coure i zinc s’anomenen llautons ordinaris tot i que si superen el 50% de zinc no tenen aplicacions industrials perquè són massa durs i fràgils. Quan s’incorporen altes elements s’obtenen llautons especials.
Els llautons s’utilitzen per decoració, instruments musicals, balboes, bombes (aigua), maquinària marina, etc.
• Bronzes: aliatge de coure i qualsevol altre metall diferent del zinc. Quasi sempre l’estany ha estat el principal element d’aliatge. L’estany millora les propietats de emmotllament del coure i afegit en petites proporcions (menys d’un 12%) augmenta la seva duresa i resistència al desgast per fregament. També millora la resistència a la corrosió (especialment aigua de mar i carburants). L’efecte negatiu és la reducció de la conductivitat tèrmica i elèctrica respecte a la del coure.
El bronze s’utilitza en la fabricació de coixinets, vàlvules, decoració, etc.
*acritud: fenomen que consisteix en l’augment de duresa i de resistència mecànica que experimenta un metall quan deformat en fred.
4. L’alumini
Metall més utilitzat després de l’acer i el més abundant a l’escorça terrestre. Es va començar a utilitzar a les indústries a finals del segle XIX. El procediment d’obtenció de l’alumini es complicat, ja que es necessita una gran quantitat d’energia. Els minerals dels quals s’obté l’alumini són la bauxita (60% aluminia, 20%òxid de ferro, 13% d’aigua, 4% silici i un 3% d’altres compostos.
L’alumini és un material lleuger, bon conductor tèrmic i elèctric. Molt dúctil i mal•leable i tou en esta pur tot i que presenta acritud.
Es resistent a la corrosió provocada per la humitat però no resisteix a l’aigua de mar ni a les solucions salines ni a gaires productes químics, especialment els àcids. Fons a baixa temperatura per lo que es fàcilment emmotllable. L’alumini s’utilitza per a cables elèctric, estris de cuina, envasos, etc.
Diagrama de blocs (alumini)
Els aliatges que contenen alumini com a component principal es coneixen com a aliatges lleugers i es poden dividir en dos grans grups:
• Els aliatges lleugers per a fusió i emmotllament.
• Els aliatges lleugers per a forja i laminatge.
Els primers s’utilitzen per a blocs de motors, pistons de motors d’explosió, estris de cuina, etc. Els segons en canvi, s’utilitzen per a la construcció aeronàutica i naval.
5.- Altres metalls d’aplicació industrial.
6.- Pulverimetal•lúrgia.
També anomenada metal•lúrgia de pólvores, és una tècnica que té la funció de donar forma als materials metàl•lics a partir de temperatures molt elevades. Els components fonen a temperatures molt elevades, tenen una extremada duresa o altres característiques especials que fan que no siguin aplicables processos d’obtenció o conformació tradicionals.
Aquest procés s’utilitza en els casos següents:
• Fabricació d’objectes amb materials refractaris.
• 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 molt difícils d’emmotllar o de forjar.
• Fabricació a partir de carburs metàl•lics per a maquines- eines com ara torns, freses, etc.
• Fabricació de peces metàl•liques poroses per a utilitzar com a filtres.
La tècnica pulverimetal•lúrgia consta de tres fases:
1.- Obtenció de la pólvora.
La matèria primera que utilitza la pulverimetal•lúrgia són les pólvores de metalls purs d’aliatges metàl•lics o altres compostos. (carburs metàl•lics o ceràmiques). Per a al fabricació de les pólvores tenim els següents procediments:
- procediments mecànics. (polvorització, atomització)
- procediments físics i químics. (reducció d’òxids, electròlisi, descomposició tèrmica, condensació)
2.- Compressió
Les pólvores s’introdueixen en un motlle amb la forma de la peça, després amb la màquina s’aplica una pressió elevada que en alguns casos arriba als 100.000N/mm2. Aquesta compressió origina un contacte entre les partícules i una unió entre els àtoms. Aquest procés és similar al de la soldadura en fred.
3.- Sinterització
Per tal que s’uneixin les peces i es compactin s’utilitza un forn en el qual es fan servir temperatures elevades, aquestes temperatures han de ser inferiors a les de fusió dels productes utilitzats.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada