dimarts, 10 de gener del 2012

Conseqüències de l'ús dels metalls

Per obtenir metalls cal disposar de minerals i d’energia que aconseguim del medi natural i que al medi natural aniran a parar també els residus de la seva obtenció i ús.
El minerals triguen milions d’anys a formar-se, per això d’un mineral només se’n pot extreure la quantitat que hi ha a l’escorça terrestre. Per tant els minerals són recursos no renovables, es a dir, que es poden acabar.
Hi ha alguns que són abundants a l’escorça terrestre i d’aquests podrem disposar durant molt de temps, però n’hi ha d’altres que són escassos i que s’esgotaran si els extraiem en grans quantitats.
Les mines són un element que pot fer malbé el paisatge, especialment les de cel obert.
Altres problemes són la contaminació atmosfèrica produïda pels fums dels forns d’obtenció de metalls i la contaminació de les aigües, en les que queden amb restes de ganga i dels productes químics utilitzats en l’obtenció dels metalls. En els processos moderns d’obtenció s’utilitzen filtres molt eficients per depurar els fums i també depuradores per eliminar la contaminació de les aigües i tractar adequadament els residus.

Aplicacacions dels metalls

Antigament i durant l’Edat Mitjana els artefactes i les màquines eren pràcticament tots de fusta. A principis del segle XIX es va produir un important canvi tecnològic i social que va fer que els metalls passessin a tenir moltes més aplicacions.
Actualment són molt utilitzats, la seva principal aplicació és la construcció de maquinària aprofitant la seva resistència i la seva duresa, però també es fabriquen eines, estris, elements mecànics, mobles, mitjans de transport com automòbils, vaixells, avions, trens, ... i també en la construcció d’edificacions, ponts i estructures.
Encara que avui no podríem entendre una societat desenvolupada sense la utilització dels metalls, hi ha altres materials van substituint-los com ara els plàstics ja que aquests són més lleugers, aïllants i resistents a la corrosió.

Propietats mecàniques dels materials fèrrics

Algunes de les propietats les podem modificar si sotmetem el material a diferents tractaments:
-Forja: Consisteix a donar cops repetidament a la peça d’acer quan està calenta, això en fa augmentar la resistència mecànica.
-Tremp: Consisteix a escalfar l’acer fins que queda vermell i refredar-lo molt ràpidament submergint-lo en aigua.
-Revingut: consisteix a escalfar el ferro a trem però sense arribar a posar-ho vermell i deixar que es refredi, d’aquesta manera augmenta la seva tenacitat.
-Recuita: consisteix a escalfar el ferro a altes temperatures fins que quedi vermell i deixar que es refredi lentament. Amb aquesta acció s’aconsegueix un acer més tou i més fàcil de treballar.

aliatges fèrrics

La seva utilitat i aplicació procedeix de les propietats que obtenim amb els seus aliatges amb el Carboni:
El ferro colat té un contingut de carboni d’entre el 2% i el 4%. S’obté fent passar el material encara en estat líquid als motlles per donar-li la forma de l’objecte desitjat, és fàcilment emmotllable. Té un punt de fusió molt alt i en resulten objectes molt durs però una mica fràgils. Amb aquest procediment es fabriquen les tapes de les clavegueres, els radiadors de la calefacció, mobles d’exterior...

Els acers. L’acer és el producte ferri més important. Més del 75 % de tot el ferro colat que es produeix es destina a l'obtenció d'acers. Té un contingut de Carboni que no supera el 2% i el podem classificar en:
-Acer dolç: conté fins a un 0,5% de Carboni. És dúctil i tenaç però poc dur.  S’usa en carrosseries de vehicles i perfils d’acer.
-Acer dur: conté fins a un 1% de Carboni. Té més resistència mecànica que l'acer dolç i s’utilitza per a la fabricació de màquines i objectes que han de suportar grans esforços.
-Acer salvatge: té fins a un 2% de Carboni. És el més dur i resistent i s’utilitza per fabricar molles, eines de perforació, cablejats d’acer...

Els acers aliants. En els acers aliants hi ha ferro, Carboni i altres elements que s'hi afegeixen durant el procés de fabricació per millorar les seves qualitats. Els més comuns són:
-Silici: li dona gran elasticitat i resistència. Es fa servir en molles, xapes de transformadors...
-Manganés: presenta una gran resistència al desgast i es solda amb facilitat. Es fa servir en rails, perfils d'estructures...
-Crom i vanadi té una resistència molt gran a les deformacions en fred. S'utilitza en eines, eixos de màquines...
-Tungstè o wolframi i molibdè: té una gran duresa i resistència a la deformació en calent. S'utilitza en eines de tall com les broques, les llimes, les gúbies...
-Níquel i crom: té una gran duresa i resistència a la dilatació i a la corrosió,  pot estar sotmès a altes temperatures o a l’acció continua de l’aigua sense que s’alteri. S’utilitza per a eines i estris de cuina, material quirúrgic, turbines...

Metalls fèrrics

El ferro és un metall que ja era conegut pels Sumeris cap a l’any 2500 aC i caracteritza una època històrica, l’anomenada Edat de Ferro.
No es troba en estat pur a la naturalesa sinó barrejat amb altres elements químics.
Els principals minerals de ferro que resulten rendibles industrialment són:
-Oligist: té una mena formada per òxid fèrric la varietat més important és l'hematites roja, d'aspecte compacte, terrós i de color vermellós.
-Magnetita: també s’anomena pedra imant. Té una mena formada per òxid ferrós, presenta masses compactes i lluents de color negrós.
-Limonita: Es troba en abundant masses terroses. L'extracció és fàcil i el seu color és groguenc bru.
-Siderita: té la mena formada per carbonat ferrós. La seva proporció de ferra és baixa però és un mineral molt apreciat ja que normalment es troba acompanyat de magnesi i de cobalt, tots dos amb un gran valor tecnològic.

El ferro s’obté de la fusió del ferro procedent de les mines. Aquest procés es duu a terme en els alts forns.
Un alt forn és una torre recoberta de material refractari formada per dos troncs de con invertits, de longituds diferents i units per les bases. És on s'escalfa el mineral de ferro i carbó a temperatures molt elevades (més de1500ºC).

Procés que se segueix per obtenir el ferro:

1. El mineral de ferro s’introdueix per la bocana barrejat amb carbó de coc, un tipus                                     de carbó amb un alt poder calorífic que s’obté a partir de la destil·lació de l’hulla o  del carbó de pedra. 
2. El mineral baixa lentament a través del cup. Quan arriba al ventre (la zona més ampla del forn) la temperatura ja supera el punt de fusió del ferro i de les impureses (escòria) que es fonen conjuntament.
3. El material fos es precipita al gresol a través de l’etalatge. El ferro fos queda al fons perquè és més dens i l’escòria sura per damunt.
4. L’escòria s’extreu per un orifici anomenat forat d’escòria que està situat a la part superior del gresol.

Ferro colat: és el ferro fos, s’extreu per un orifici anomenat forat de colada i està situat al fons del gresol, aquest té moltes impureses i un alt percentatge de carboni, per la qual cosa cal sotmetre'l a un procés d'afinament que s'efectua en forns amb injecció d'oxigen; d'aquestes fases en sortiran els acers comuns i les foses.
Ferro pur: també s’anomena ferro dolç, és la forma més pura del ferro que s'usa en indústria. S'obté a partir del ferro colat després d'haver-ne eliminat les impureses. És de color gris brillant però es torna marronós a causa de la formació d’òxid. S’imanta amb facilitat, és relativament fràgil i no és gaire dur, per això és poc útil en estat pur.




Metalls no fèrrics

Els metalls no fèrrics són:

-Alumini: Es troba en el feldspat, en el caolí, en la mica, en el corindó i també forma part de moltes pedres precioses, també es troba a la criolita i a la bauxita, que és el mineral de l’alumini per excel·lència. És de color blanc platejat i lluent, és un metall molt lleuger però amb bona resistència, és bon conductor de la calor i de l’electricitat i és força dúctil i mal·leable. L’alumini es treballa amb facilitat.
Amb aquest metall es poden fabricar automòbils, embarcacions, làmines per embolicar aliments.
-Coure: És el primer metall que els humans van usar amb finalitats tecnològiques. Primer es va treballar en fred, però aviat es va descobrir que era molt millor treballar-lo en calent. D’aquí en va sortir el primer aliatge.
És un metall de color vermellós, és el millor conductor de la calor i de l’electricitat després de la plata, és mal·leable i dúctil. Es treballa amb facilitat i és força resistent  a la corrosió.
S’usa per a fabricar fils elèctrics, canonades per a conduccions d’aigua i gas. 
-Bronze: es va descobrir fa prop de 5000 anys, s'utilitzava per a fabricar armes, eines i objectes decoratius.
Consisteix en un aliatge de coure en un 90 % i d'estany en un 10 %.
És un material molt dur, resistent, fàcil d'emmotllar, te una elevada ductilitat, fon amb facilitat, el seu aspecte és agradable i te una sonoritat excel·lent. S’usa per fabricar tubs, planxes i filferros, campanes...
-Llautó: és un aliatge de coure (70%) i zinc (30%). Aquest metall és daurat, fàcil de treballar, dúctil i mal·leable. És bon conductor del corrent elèctric. S’utilitza per fabricar aixetes, instruments musicals, poms de portes...
-Estany: És de color blanc brillant, és molt tou i mal·leable i no s'oxida a temperatura ambient.
Formant aliatge amb el plom, s’utilitza molt en soldadures de tubs de coure a les instal·lacions domèstiques i en les soldadures de components electrònics. També s’usa per recobrir l’acer per tal d’evitar-ne la corrosió. Quan utilitzem l’estany per protegir l’acer en resulta el material que coneixem com a llauna.
-Plom: El plom és un metall gris platejat, molt dens, tou, mal·leable i bon conductor de la calor i l’electricitat. S’utilitza en la protecció contra les radiacions perilloses, per fabricar bateries i acumuladors i com a additiu del vidre per augmentar-ne el seu pes i la seva duresa.
-Zinc: És un metall de color blanc blavós, es molt mal·leable i resistent a la corrosió però te una escassa resistència mecànica. S’usa com a aliatge amb el coure per obtenir llautó i a per a cobertes d'edificis. Quan l’acer es recobreix amb zinc en resulta l’acer galvanitzat.
-Crom: Aquest metall es de color blanc. És fràgil però dur i molt resistent a la corrosió.
S'utilitza per a fabricar l'acer inoxidable, també l’acer per a eines i com a revestiment d'altres metalls per protegir-los de la corrosió i millorar-ne el seu aspecte. La tècnica de revestiment amb crom s’anomena cromatge.
-Titani: És un metall de color gris lluent. La seva obtenció és molt difícil per això resulta car. És molt dur i molt resistent a la corrosió. És molt usat en la fabricació de turbines dels motors d’avions i de les centrals elèctriques perquè té una gran resistència als esforços mecànics, a la corrosió i a les altes temperatures.












quin tipus de metalls hi ha

Els metalls es poden classificar en:
- Metalls purs: són els que estan formats per un sol  element químic.
- Aliatges: Són barreges d’un metall (base) amb altres metalls o elements químics.

Normalment es classifiquen en 2 grups segons continguin o no ferro.

METALL

SÍMBOL

DENSITAT

TEMPERATURA DE FUSIÓ (ºC)

RESISTÈNCIA AL TRANCAMENT (N/mm2)

ALIATGE

FERRO

Fe

7.87

1539

300 - 250

ACER (Fe+C)


COURE


Cu


8.94


1083


220

LLAUTÓ (Cu+Sn)

BRONZE (Cu+Sn)

ALUMINI

Al

2.71

660

55

PLOM

Pb

11.36

327

20

ESTANY (soldadura tova)

ZINC

Zn

7.20

419

117

LLAUTÓ (Cu+Sn)

NIQUEL

Ni

8.9

1455

483

TITANI

Ti

4.51

1670

330

MAGNESI

Mg

1.74

650

165


ESTANY


Sn


7.30


232


34

BRONZE (Cu+Sn)

PLOM (soldadura tova)