Com es classifiquen els metalls? Quins són els principals? Quins són els seus usos?

1. TREBALL METALLS
Isaac Puig i Núria Rondón

2. ● Introducció a la metal·lurgia
● Classificació dels metalls:
○ Metalls fèrrics
○ Metalls no fèrrrics
● Ferro:
○ Obtenció del ferro: alt forn; fosa i acer; convertidor d’oxigen; forn elèctric.
○ Formes comercials
○ Usos
● Zinc:
○ Procès d’obtenció
○ Formes industrials i usos
ÍNDEX

3. La metal·lúrgia és el conjunt de processos que
porten a l'obtenció dels metalls i s'encarrega de
la separació, mitjançant processos químics, del
metall i altres elements amb els que es troba
combinat químicament. A més, posa el metall a
punt perquè pugui ser manipulat per crear
productes metàl·lics. A més a més, estudia el
comportament dels elements metàl·lics, els
compostos intermetàl·lics i els seus aliatges.
ÍNTRODUCCIÓ A LA METAL·LÚRGIA

4. Si anem una mica més a fons, trobem diferents branques d'activitats , a banda
de lo que ja hem dit, relacionades amb la manipulació del ferro com:
1. Producció de metalls de matèries primeres naturals i altres productes de
metall;
2. Preparació d'aliatges;
Metall calent i de deformació en fred;
3. Soldadura;
4. Revestiment de metalls;
5. Àrea de materials, que estudia el comportament físic i químic dels metalls,
intermetálics i aliatges.
ÍNTRODUCCIÓ A LA METAL·LÚRGIA

5. Però dins la metal·lúrgia trobem diferents processos per tractar el ferro
depenent de la seva composició o si directament són metalls no fèrrics (dels
que parlarem més tard) o preciosos i aquí trobem tres especialitats dins la
metal·lúrgia:
● La metal·lúrgia ferrosa que inclou acer i ferro.
● La metal·lúrgia no ferrosa (excluïnt els metalls preciosos) on trobem
l'alumini i el coure.
● La metal·lúrgia dels metalls preciosos com l'or i la plata.
ÍNTRODUCCIÓ A LA METAL·LÚRGIA

6. Dintre d'aquestes especialitats es tractarà el metall de forma diferent segons el tipus de
metall que sigui per tal de separar el metall dels elements que vénen amb ell de les
mines o zones d'extracció. Però comunament se sol utilitzar un tractament anomenat
mena, que consisteix en separar el metall dels materials de rebuig i per això hi ha
mètodes com: la flotació (emprant aigua, oli i detergent per tal de separar les argiles i els
silicats i obtenir la mena) o en el cas dels metalls fèrrics una flotació electromagnètica
(una vegada es deposita el ferro dins la solució d'aigua, oli i detergent, es passa un imant
aprofitant les qualitats magnètiques dels metalls fèrrics). Un altre sistema d'extracció de
la mena és l'amalgama formada amb l'aliatge de mercuri amb un altre metall o metalls.
Es dissol la plata o l'or contingut en la mena per formar una amalgama líquida, que se
separa amb facilitat de la resta. Després els metalls d'or i plata es purifiquen eliminant el
mercuri mitjançant la destil·lació. Cal dir, que la mescla heterogènia del metall i les
argiles i silicats s'anomena ganga.
ÍNTRODUCCIÓ A LA METAL·LÚRGIA

7. Els metalls estan classificats en dos grans grups:
- Fèrrics: Son el materials que tenen como a element base
el ferro, tot i que poden estar barrejats amb altres
elements.
- No fèrrics: són el materials que no tenen com a base el
ferro, és a dir, que no tenen ferro en la seva composició.
CLASSIFICACIÓ DELS METALLS

8. Son el materials que tenen como a element base el ferro, tot i que poden estar barrejats amb
altres elements. Entre els metalls fèrrics en distingim tres de diferents:
● Ferro:és un metall de color gris, brillant, d’alta densitat i que té un punt de fusió molt elevat.
També destacar que s’oxida amb molta facilitat. Pel que fa al seu ús, gairebé no s’utilitza
perquè és fràgil i poc dur en comparació amb altres metalls fèrrics.
● Ferro colat o fosa: és un aliatge de ferro i carboni amb un percentatge de carboni d’entre
l’1,7 i el 4%. Es caracteritzat per ser un metall molt dur i fràgil. Es fa servir principalment en
la fabricació de bancades de màquines, de blocs de motors, de fanals, de tapes de
claveguera, de mobles de terrassa, de fonts…
● Acer: és un aliatge compost bàsicament per ferro i carboni, amb un percentatge de carboni
inferior a l’1,7%.Es caracteritzat per ser un metall amb bones propietats mecàniques: és
tenaç, dúctil, mal·leable, de fàcil maquinabilitat i soldabilitat. Això permet obtenir bons
aliatges. Es fa servir en tota mena d’industria.
METALLS FÈRRICS

9. Són el materials que no tenen com a base el ferro, és a dir, que no tenen ferro en la seva
composició. Els metalls no fèrrics es poden classificar segons la seva densitat, en pesants,
lleugers i ultralleugers
Per obtenir el metalls no ferrics s’ha de seguir un procediment:
● Enriquiment: es prepara el producte obtingut a la mina per a l’aplicació de les accions
posteriors.
● Reducció: consisteix en la separació de la màxima quantita de l’element químic desitjat (el
metall) de la resta d’elements químics amb els quals es troba combinat tot formant els
compostos.
● Afinament: procés d’eliminacnió de les impureses per tal d’obtenir el metall amb la màxima
puresa. Es pot fer per mitjans tèrmics o electrònics.
Els principals són el coure, l’alumini, el zinc, el plom i l’estany. També en trobem d’altres com el
bronzé, el llautó, el mercuri, el tungstè, el níquel, el crom , el titani o el magnesi…
METALLS NO FÈRRICS

10. ● Coure (Cu): és un metall de color vermellós i brillantor intensa, que té una densitat elevada, a més a més, és
tou, bon conductor de l’electricitat i la calor, dúctil i mal·leable. També és resistent a la corrosió i només s’oxida
superficialment. S’utilitza en els cables elèctrics, als fils telefònics, a les canonades, les làmines, als recipients...
● Alumini (Al): és un metall de color blanc platejat, bon conductor de l’electricitat i la calor, lleuger, dúctil i
mal·leable, que s’oxida fàcilment. El seu ús és a la indústria alimentària, en la indústria del transport i usos
domèstics.
● Zinc (Zn): és un metall de color blanc blavós, brillant, tou i de densitat elevada. En fred és poc resistent, però
quan s’escalfa (entre 100 i 150 °C) es fa més resistent i mal·leable. S’utilitza al galvanitzat del ferro, de l’acer i
d’altres metalls, bateries elèctriques, baixants d’aigua, canalons, dipòsits, recipients, electrodomèstics i en
aliatges.
● Plom (Pb): És un metall de color gris, brillant si la superfície està treballada i tou. Quan s’escalfa resisteix molt
la corrosió, però poc la tracció; no és dúctil, però sí que és mal·leable. Serveix per a la insonorització, els
recobriments i les eines contra les radiacions, la fabricació de bateries i d’acumuladors, i la fabricació de vidre,
com a additiu.
● Estany (Sn): És un metall de color blanc platejat, tot i que per sota dels 13 °C es transforma en una pols amorfa
grisa (estany gris). Quan s’escalfa és dúctil, mal·leable i resisteix la corrosió. La seva utilitat principal es a la
indústria per crear làmines de condensadors, recobriment d’envasos d’acer per a aliments i begudes, estàtues,
vàlvules…
METALLS NO FÈRRICS

11. El ferro és un metall molt abundant a la naturalesa i el més utilitzat a la
indústria. Precisament per això podem classificar els metalls en dos grans
grups: els que contenen ferro (fèrrics) i els que no en contenen (no fèrrics).
El ferro s’extreu de minerals com l’hematites, la magnetita, la siderita o la
pirita.
FERRO

12. Els minerals de ferro generalment són òxids, per tant quan s'escalfa el mineral
amb l'ajuda del carbó, el carboni es combina amb l'oxigen i queda el ferro i
l'escòria (resta de materials que formen el mineral).
Han existit dos procediment per a l’obtenció del ferro:
● En el passat, s’obtenia en un forns als quals s’escalfava el mineral amb
carbó vegetal. D’aquesta manera s’aconseguia un massa esponjosa de
ferro però mai s’arriba a la fusió completa del metall, per això s’aconseguia
la forma final colpejant-lo.
● Actualment i des del segle XIX es fa sercir l’alt forn amb carbó de coc.
D’aquesta manera si que s’aconsegueix el ferro en fase líquida, és a dir, el
ferro colat. Llavors el ferro colat es sotmès a un segon tractament per
obtenir acer o fosa.
OBTENCIÓ DEL FERRO

13. A través de la boca superior s’introdueixen el mineral, un tipus de
carbó anomenat coc i els materials fundents, que faciliten la fusió.
Després el mineral, el coc i els fundents cauen fins al ventre, que
és la part més ampla del forn. En aquesta zona hi ha uns forats,
anomenats toveres, a partir dels quals s’insufla aire calent, que
afavoreix la combustió del mineral, el coc i els materials fundents.
La ganga i els fundents, que són l’escòria, suren i s’extreuen a
través del que anomenem forat d’escòria. El ferro fos, com que
pesa més, cau a l’etalatge. Més tard es diposita al i s’extreu a
través del forat de colada.
OBTENCIÓ: ALT FORN

15. El material que s’obté d’aquesta primera fusió és el ferro colat amb un
contingut aproximat del 4% de carboni, el 2% de silici i quantitas menors
de fòsfor, sofre i oxigen.
Aquest material cal fer-li una descarburació i eliminar-hi les impureses.
Per obtenir l’acer hi ha dues instal·lacions diferents:
● Convertidor d’oxigen: no hi ha combustió ni escalfament extern i, per
tant, cal introduir el ferro colat en fase líquida.
● Forn elèctric:hi ha una aportació externa de calor, ja sigui per la
combustió de gas o per la producció d’un arc voltaic.
OBTENCIÓ: FOSA I ACER

16. És un recipient d’acer de forma cilíndrica i de tronc cònic a la part
superior, amb un revestiment interior de ceràmica refractària i
obret amb una boca de càrrega per la part superior.
El ferro colat s’introdueix en fase líquida i tot seguit s’hi introdueix
una llança (refrigerada amb un circuit d’aigua) que injecta oxigen
pur a pressió damunt del líqudid. Les reaccions que es produeixen
generen calor suficient per mantenir el ferro en estat líquid. El
procès es repeteix fins a conseguir les proporcions adecuades.
OBTENCIÓ: CONVERTIDOR D'OXIGEN

18. Consisteix en un recipient d’acer refrigerat externament per un circuit
d’aigua i recober internament per ceràmica refractària. Aquest recipient es
tanca amb una coberta que disposa de tres elèctrodes de grafit als quals
els és aplicat un fort corrent elèctric trifàsic.
Dins del forn s’introdueix el ferro colat, la ferrala oxidada (que aporta
oxigen) i la calç (forma part de l’escòria). EL ferro colat i la ferralla reben
descarregues elèctriques en forma d’arc voltaic des dels electròdes
augmentant-ne la temperatura. Durant el proces s’afegeixen les quantitas
necessàries per formar aliatges.
Llavors es cola en motlles o recipients adequats, o la colada continua, per
a la seva transormació posterior.
OBTENCIÓ: FORN ELÈCTRIC

20. Quan surten dels convertidors o dels forns, els acercs es troben en
fase líquida. Per ser comercialitzats, cal solidificar-los i donar-los
una forma adequada. Per a la solidificació hi ha dos procediments:
● Colar-los en un motlle i deixar-los refredar, d’aquesta manera
s’obté un lingot al qual es doanrà una nova forma
posteriorment.
● Colar-los en uns canals per on els donen forma de barra de
secció rectangular mentre circulen directament fins a la secció
de laminatge (colada contínua). Com que no es deixen
refredar totalment, el laminatge posterior es fa calent.
FORMES COMERCIALS

21. El ferro el podem trobar en estat pur o en aliatges.
El ferro en estat pur és un element químic que no té gaires aplicacions industrials degut a
la seva baixa resistència mecànica i a la seva gran corrosió.Es ven en forma de desbat o de
lingot per fer un laminatge posterior.
només s’aprofita per a la fabricació de xapes per anuclis de transformadors elèctrics.
Segons si l’aliatge té més o menys quantitat de carborni tindrà un usos o uns altres:
● Baix (menor al 0,3%): s’utilitza principalment en les carrosseries d’automòbils, bigues,
tubs, làmines per envasos…
● Mitjà (entre 0,3% i 0,3¡6%): es fa servir per fer rodes i carrils de trens, engranatges,
cigonyals…
● Alt (entre 0,6% i 1,4%): es fan eieners de tall, molles, matrius i motlles.
USOS

22. USOS

23. El zinc és un metall de color gris blavenc, brillant, fràgil en fred i relativament tou. És un element
químic metàl·lic amb el símbol Zn i el nombre atòmic 30. És un metall de transició de primera fila,
al grup 12 de la taula periòdica.
El zinc representa aproximadament 75 ppm (0,007%) de l'escorça terrestre, on és el 24è element
més abundant i a les menes (una mena és una formació rocosa on es troba un alt contingut de
mineral), aquest element se sol trobar en associació amb altres metalls base com ara el coure i el
plom.
La seva mena principal és la blenda, altres minerals de zinc són la calamina smithsonita i la
calamina willemita.
ZINC

24. La producció del zinc comença amb l'extracció del mineral que pot realitzar-se tant a cel obert com en jaciments
subterranis. Els minerals extrets es trituren amb posterioritat i se sotmeten a un procés de flotació per a obtenir el
concentrat.
Està associada en l´anomenada via seca: primerament es torra el concentrat per a transformar el sulfur en òxid,
que rep la denominació de calcina, i a continuació es redueix aquest amb carboni obtenint el metall (l'agent
reductor és en la pràctica el monòxid de carboni que es forma). Les reaccions en ambdós etapes són:
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
ZnO + CO → Zn + CO2
El metall obtingut es pot afinar posteriorment.
Per via humida primerament es realitza el torrat obtenint l'òxid que es lixivia amb àcid sulfúric diluït; els lleixius
obtinguts es purifiquen separant les distintes fases presents. El sulfat de zinc se sotmet posteriorment a electròlisi
amb ànode de plom i càtode d'alumini sobre el qual es diposita el zinc formant plaques d'alguns mil·límetres de
gruix que es retiren cada cert temps. Els càtodes obtinguts es fonen i es cola el metall per a la seva
comercialització.
PROCÉS D'OBTENCIÓ

25. La principal aplicació del zinc —prop del 50% del consum anual— és el galvanitzat de l'acer per a
protegir-lo de la corrosió, protecció efectiva inclús quan es clavilla el recobriment, ja que el zinc
actua com a ànode de sacrifici. Altres usos inclouen:
● Bateries de Zn-AgO usades en la indústria aeroespacial per a míssils i càpsules espacials
pel seu òptim rendiment per unitat de pes i bateries zinc-aire per a ordinadors portàtils.
● Peces de fosa injectada en la indústria d'automoció.
● Metal·lúrgia de metalls preciosos i eliminació de la plata del plom.
● En síntesi orgànica, una de les principals aplicacions del zinc és la creació d'enllaços C-C
mitjançant la formació de compostos organometàl·lics d'aquest metall. La reacció de
Reformatsky i l'acoblament de Negishi són dos exemples d'aquest tipus de reaccions.
● Per mitjà de la galvanització electrolítica s´aconsegueix de recobrir les peces amb una prima
capa de zinc. La galvanització en calent consisteix a submergir les peces que es desitja
recobrir.
FORMES INDUSTRIALS I USOS

26. FORMES INDUSTRIALS I USOS