6.4.1-Metales. Extracción de metales.
Se define a los metales como aquellos elementos químicos que se caracterizan por tener las siguientes propiedades:
- Poseen una estructura interna común.
- Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio
- Tienen una alta densidad
- Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica.
- Tienen considerable resistencia mecánica.
- Suelen ser maleables.
- Se pueden fundir, conformar y reciclar.
Los metales pueden ser ferrosos o no ferrosos dependiendo de si el hierro es su componente principal o no.
Los minerales de los que se obtienen los metales no ferrosos nunca se encuentra en estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar. Entre los procesos de preparación más utilizados está el pulverizar al mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos. Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la producción de los metales no ferrosos.
La extracción de los metales ferrosos es diferente:
Se conoce como proceso siderúrgico al conjunto de operaciones que es preciso realizar para llegar a obtener un metal férrico de unas determinadas características. El proceso siderúrgico engloba desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la obtención del producto final.
El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro, llamada mena (elementos aprovechables), y otra parte compuesta por sustancias no ferrosas llamada ganga (elementos no aprovechables) tales como roca, sílice,…
Los pasos a seguir en todo proceso son:
1. Separar la mena de la ganga utilizando sus propiedades físicas: densidad, comportamiento magnético,...
2. Obtener el elemento que nos interesa, Fe, por medio de una reacción química llamada reducción del hierro, que consiste en añadir monóxido de carbono tantas veces como sea necesario hasta obtener hierro puro.
Esta reacción ocurre en el alto horno, que es un horno especial en el que tiene lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio.
El alto horno está formado por dos troncos de cono colocados unos sobre otro y unidos por su parte más ancha. La altura varía entre unos 30 y 70 m y su diámetro entre 4 y 12 m. Su capacidad de producción varía entre 500 y 1500 toneladas diarias.
La pared interior está recubierta de ladrillo refractario para mantener y soportar las altas temperaturas, y la externa de acero. Entre ambas paredes existen canales de refrigeración.
La parte superior, el tragante, está formada por dos tolvas (depósitos) en forma de campana con dispositivo de apertura y cierre para evitar que se escapen los gases en el momento de la carga del material.
El material se introduce por capas de la siguiente forma:
- Una capa de minerales de Fe (magnetita, limonita, siderita o hematites) previamente lavado y desmenuzado.
- Una capa de carbón de coque (combustible) para la fusión y reducción del material.
- Una capa de material fundente (roca caliza) que se combina con las impurezas, ganga y cenizas, que da lugar a la escoria.
Esta combinación da lugar a la obtención de un material poroso llamado sínter.
En la parte alta, llamada cuba, se produce el primer calentamiento, en el que se elimina la humedad y se calcina la caliza ayudada por la inyección de aire caliente insuflada por las toberas de la parte inferior. El CO resultante de la combustión del coque reduce el Fe, obteniéndose una masa esponjosa de Fe metálico.
A continuación, en el vientre, que es la parte más ancha, se funden el Fe y la escoria.
Por las toberas, conducto que permite la entrada de aire a altas P y velocidades en torno a 200m/s, entra el aire necesario para la combustión (1350ºC). En algunos casos se pueden alcanzar temperaturas del orden de los 1800ºC, lo que supone un ahorro del carbón de coque.
En la parte inferior, llamada etalaje, se depositan el Fe y la escoria fundidos, de manera que al ser ésta última menos densa que el Fe flota sobre él y lo protege de la oxidación. La escoria y el Fe se extraen a través de dos orificios en la parte inferior, llamados bigotera y piquera respectivamente.
Así, los productos obtenidos del alto horno son:
-Escoria:Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria (bigotera).
-Fundición, hierro colado o arrabio: Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 7%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC.
-También se obtienen humos y gases residuales que se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.
6.4.2-El coltán
El coltán es un mineral de alto valor estratégico del que se extrae el tantalio y el niobio, utilizados en distintas industrias de aparatos eléctricos, centrales atómicas, misiles, fibra óptica y otros, aunque la mayor parte de la producción se destina a la elaboración de condensadores y otras partes de los teléfonos móviles.
El coltán resulta hoy día esencial para el desarrollo de las nuevas tecnologías: Es vital, sobre todo, para la industria aeroespacial y de telecomunicaciones, pero también para tecnología militar, Telefonía Móvil, ordenadores portátiles, videojuegos, armas inteligentes, satélites, estaciones y vehículos espaciales, medicina (implantes), industria aeroespacial, levitación magnética, aceleradores de partículas, trenes magnéticos, etc.
Los principales productores mundiales son Australia, Brasil, Canadá, China y algunos países africanos como Ruanda, Burundi, Etiopía y sobre todo la República Democrática del Congo (país que posee entre el 64 y el 80% de las reservas mundiales de coltán).
Noticia de "El País" sobre el coltán
6.4.3-Plásticos
Los plásticos son polímeros, es decir, estructuras compuestas por miles de moléculas. Algunas veces plástico y polímero son usados como sinónimos, pero, en realidad, la palabra plástico define a cualquier material moldeable, mientras, polímero, define a las sustancia molecularmente. Es por ello que existen otros polímeros además de los plásticos, como el almidón, el ADN y otros. Todos los plásticos comerciales conocidos son polímeros. La mayoría se compone de polímeros de carbono e hidrógeno y otros también tienen de nitrógeno, cloro y azufre. Muchos plásticos comerciales tienen una base de silicio.
Sus propiedades son:
- Son baratos.(tienen un bajo costo en el mercado).
- Tienen una baja densidad.
- Existen materiales plásticos permeables e impermeables, difusión en materiales termoplásticos.
- Son aislantes eléctricos.
- Son aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas.
- Su quema es muy contaminante.
- Son resistentes a la corrosión y a estar a la intemperie.
- Resisten muchos factores químicos.
- Algunos se reciclan mejor que otros, que no son biodegradables ni fáciles de reciclar.
- Son fáciles de trabajar
Puede clasificarse a los materiales plásticos en varias categorías:
En esta clasificación se considera el origen del monómero del cual parte la producción del polímero.
-Naturales: Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa y la caseína.
-Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo.
Según la distribución de entrelazado de las moléculas.
Termoplásticos
Un termoplástico es un plástico el cual, a temperatura ambiente es plástico o deformable, se derrite a un liquido cuando es calentado y se endurece en un estado vitreo cuando es suficientemente enfriado. Los polimeros termoplasticos difieren de los polimeros termoestables en que después de calentarse y moldearse estos pueden recalentarse y formar otros objetos, ya que en el caso de los termoestables o termoduros, su forma después de enfriarse no cambia y este prefiere incendiarse..
Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces.
Los principales son:
- Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.
- Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del petróleo que, tratado posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el poliestireno, el metacrilato, etc.
- Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.
- Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.
Los plásticos termoestables son materiales que una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse.
- Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.
- Resinas epoxi.
- Resinas melamínicas.
- Baquelita.
- Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.
- Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen termoplásticos.
Elastómeros
Un elastómero es un polímetro que cuenta con la particularidad de ser muy elástico pudiendo incluso, recuperar su forma luego de ser deformado. Debido a estas características, los elastómeros, son el material básico de fabricación de otros materiales como la goma, ya sea natural o sintética, y para algunos productos adhesivos.
- Caucho
- Neopreno
El papel es una delgada hoja elaborada mediante pasta de fibras vegetales que son molidas, blanqueadas, desleídas en agua, secadas y endurecidas posteriormente; a la pulpa de celulosa, normalmente, se le añaden sustancias como el polipropileno o el polietileno con el fin de proporcionar diversas características. Las fibras están aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno. También se denomina papel, hoja o folio a su forma más común como lámina delgada.
La materia prima fundamental para fabricar papel es la celulosa. De hecho, se puede decir que el papel es una lámina constituida por un entramado tridimensional de fibras de celulosa y otras sustancias (cargas minerales, colas, almidón, colorantes, etc.) que permiten mejorar las propiedades del papel y hacerlo apto para el uso al que está destinado.
6.4.5-Nuevos materiales
En los últimos años han aparecido nuevos materiales como estos:
-Aerogel: El aerogel es uno de los nuevos materiales más prometedores, incluso por su aspecto nebuloso. Entre sus propiedades se destacan el hecho de ser casi tan liviano como el aire y al mismo tiempo muy resistente, así como su sorprendente capacidad como aislante térmico, lo cual lo vuelve sumamente atractivo para diversas aplicaciones. Su composición es de silicio, de carbono y de diferentes metales, aunque la mayor proporción del compuesto (hasta el 98%) siempre es aire.
Algunos tipos de aerogel se trituran en un polvo tan fino que pueden bloquear las traqueas, por donde respiran los insectos. Su estructura cavernosa es un excelente filtro y es un buen catalizador.
-Grafeno: El grafeno es una forma alotrópica del carbono, es decir, una forma en la que se presenta el carbono. Otras formas alotrópicas del carbono son el grafito o el diamante.
Sus propiedades más asombrosas son:
• Alta conductividad términa.
• Alta conductividad eléctrica.
• Alta elasticidad (deformable).
• Alta dureza (resistencia a ser rayado).
• Alta resistencia. El grafeno es aproximadamente 200 veces más resistente que el acero, similar a la resistencia del diamante, pero es muchísimo más ligero.
• Es más flexible que la fibra de carbono pero igual de ligero.
• La radiación ionizante no le afecta.
• Presenta un bajo efecto Joule (calentamiento al conducir electrones).
• Para una misma tarea el grafeno consume menos electricidad que el silicio.
• Es capaz de generar electricidad por exposición a la luz solar.
• El grafeno es un material prácticamente transparente.
• Es muy denso y no deja pasar al helio en forma gaseosa, sin embargo si deja pasar al agua, la cual, encerrada en un recipiente de grafeno, muestra una velocidad de evaporación similar a la que muestra en un recipiente abierto.
-Nanotubos: Los nanotubos son láminas de carbón que se cierran sobre sí mismos. Son los materiales conocidos más resistentes, superando hasta en 100 veces al acero. Además, son excelentes conductores eléctricos, cientos de veces más eficientes que el cobre.
Sus propiedades más importantes son:
-Son las estructuras de mayor resistencia, aunque su densidad es seis veces menor que la del acero.
-Pueden transporta enormes cantidades de electricidad sin fundirse.
-Gran elasticidad. Recuperan su forma luego de ser doblados en grandes ángulos.
-Pueden transporta enormes cantidades de electricidad sin fundirse.
-Gran elasticidad. Recuperan su forma luego de ser doblados en grandes ángulos.
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