Metales no ferrosos
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Metales no ferrosos. Son todos los metales y aleaciones que no tienen en su composición química Hierro. En general, son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Los más importantes son 7: Cobre, Zinc, Plomo, Estaño, Aluminio, Níquel y Manganeso. Hay muchos otros metales no ferrosos; sin embargo, como las cantidades que se producen son pequeñas, o los procesos son altamente costosos, se utilizan poco.
Sumario
Clasificación
Pesados
Su densidad es igual o mayor de 5kg/dm cúbico . Tales como: estaño, cobre, zinc, plomo, níquel, Wolframio y Cobalto.
Ligeros
Su densidad está comprendida entre 2 y 5kg/dm cúbico. Tales como: Aluminio y Titanio.
Ultraligeros
Su densidad es menor de 2kg/dm cúbico. Tales como: magnesio y Berilio.
Propiedades de los Metales no ferrosos
No es apropiado categorizarlas de forma general, por lo tanto se citan de manera particular para cada material.
Aluminio
Es un metal blanco plateado y brillante en estado de alta pureza, es bastante dúctil y maleable comparado con su peso es bastante resistente mecánicamente, posee elevada conductividad térmica. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas).
Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de Bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el Proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.
Cobre
Es un metal de color rojo, muy maleable dúctil el estado de alta pureza, posee una elevada conductividad térmica y eléctrica, el cobre en condiciones en los atmosféricas normales es bastante resistente a la corrosión, pero cuando la temperatura es húmeda se descubre con una capa verde jade platina o cardenillo que los protege de ulteriores ataques.
Gracias a su alta conductividad eléctrica, Ductilidad y Maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.
Estaño
Es un metal de color blanco grisáceo parecido al de la plata, es suave, dúctil, y maleable pero muy poco resistente a la atracción, o sea casi carece de tenacidad, el metal al ser doblado produce un crujido debido a la dislocación de sus cristales.
Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo. Además se utiliza para recubrir las latas de acero ya que no es tóxico ni corrosivo. Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos (SnF2) y pigmentos.
Magnesio
Es un metal de color blanco plateado brillante, es láminable entre 350ºC y 400ºC, es soluble con los ácidos diluidos exceptuando al ácido fluorhídrico, se alea con mayoría de los metales exceptuando el hierro y el cromo, los metales con los metales con los que más se une como elemento aleado son el aluminio, cobre, Cadmio, zinc y manganeso. Como 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.
Níquel
El níquel es un metal blanco ligeramente pálido y brillante, es duro y muy tenaz cuando contiene una pequeña cantidad del Carbono, se vuelve maleable dejándose laminar, pequeños porcentajes de magnesio, en muy resistente a la corrosión atmosférica, y aliado a hierro le imparte gran resistencia a la oxidación. Estas aleaciones se usan para fabricar monedas, joyas, y artículos tales como válvulas e intercambiadores de calor. La mayor parte del níquel se usa para fabricar acero inoxidable.
Además puede combinarse con otros elementos, como por ejemplo Cloro, Azufre y Oxígeno para formar compuestos de níquel. Muchos compuestos de níquel se disuelven fácilmente en agua y son de color verde. Los compuestos de níquel se usan en niquelado, para colorear cerámicas, para fabricar baterías y como catalizadores, que son sustancias que aceleran las reacciones químicas
Plomo
El plomo es un metal de color gris azulado muy brillante, dentro del metales comunes es el más pesado, su elevada plasticidad le permite ser trabajado fácilmente en frío, este metal jamás debe de estar en contacto con las bebidas y alimentos. Es un metal gris azulado, blando y pesado, se corta fácilmente con un cuchillo.
Se lamina y estira por extrusión, pero pequeñas cantidades de Arsénico, Antimonio, cobre y metales alcalinos térreos aumentan su dureza. Su resistencia a la corrosión atmosférica, y al ataque de los ácidos hace que sea muy útil.
Zinc
Es un metal de color blanco azulino, funde a 419ºC e hierve a 907ºC, el zinc a temperatura ambiente es frágil, y resistente a la corrosión en condiciones normales, pero cuando se une el contacto con el aire húmedo se opaca al formarse una película bicarbonatos básicos de zinc.
A veces clasificado como metal de transición aunque estrictamente no lo sea, ya que tanto el metal como su especie dispositiva presentan el conjunto orbital completo. Este elemento presenta cierto parecido con el magnesio, y con el cadmio de su grupo, pero del Mercurio se aparta mucho por las singulares propiedades físicas y químicas de éste (contracción lantánida y potentes efectos relativistas sobre orbitales de enlace).
Antimonio
El antimonio es un elemento duro y muy frágil pudiéndose granular y pulverizar fácilmente, desde color blanco, placas cristalino.
Este elemento semimetálico tiene cuatro formas alotrópicas. Su forma estable es un metal blanco azulado.
El antimonio negro y el amarillo son formas no metálicas inestables. Principalmente se emplea en aleaciones metálicas y algunos de sus compuestos para dar resistencia contra el fuego, en pinturas, cerámicas, esmaltes, vulcanización del caucho y fuegos artificiales.
Impactos ambientales potenciales
Los impactos ambientales principales de la producción de aluminio, comenzando con el procesamiento del mineral extraído, incluyen la eliminación del lodo rojo (una mezcla de arcillas y soda cáustica, altamente corrosiva), emisiones de la quema de combustibles, emisiones del proceso de electrólisis del aluminio, y corrientes de desechos líquidos y lechadas. El lodo rojo puede degradar las aguas superficiales o freáticas que lo reciben. Las emisiones emanadas de la planta de electrólisis contienen hidro fluoruro, un gas extremadamente corrosivo y peligroso, y Monóxido de Carbono. El magnesio y los gases que provienen de los procesos de desgasificación, contienen cloro y deberán ser lavados. Luego, será necesario neutralizar el licor producido por esta operación.
La producción de ferro aleados genera grandes cantidades de polvo y coque fino (cisco). Los hornos eléctricos emanan grandes volúmenes de gases tóxicos, incluyendo monóxido de carbono y algunos compuestos de arsénico. Si no se presta para otros usos, la escoria deberá ser eliminada. Se puede limpiar el polvo de los gases con ciclones y filtros, y luego emplear un lavado para purificarlos más. Se puede reciclar el polvo recuperado a través de una planta de producción de pelotillas. El efluente del proceso de lavado no puede ser descargado sin tratamiento.
Los impactos ambientales de la producción de níquel dependen del proceso. La producción electrometalúrgica directa de ferro níquel producirá muchas partículas y monóxido de carbono, y pequeñas emisiones de gases azufrados. Los procesos piro metalúrgicos producen metal y emiten gases con una alta concentración de partículas y vapores tóxicos, los mismos que emanan de los calcinadores, fundiciones y convertidores, así como equipos de generación de electricidad, que, a menudo, son parte de las instalaciones de producción.
Los gases pueden contener dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Los efluentes provienen del lavado de gases, y del enfriamiento con agua del metal y escoria del convertidor, de los hornos, de reducción, etc. Los desechos sólidos son escoria, sólidos de los pozos de enfriamiento, y lodos producidos durante el tratamiento de los desechos. Si se utiliza el proceso de carbonilo, se forma, como producto intermedio, níquel carbonilo, que es un gas muy venenoso.
Los gases de la fundición y refinación de cobre contienen dióxido de azufre y partículas. Se debe recuperar el dióxido de azufre y utilizarlo para producir ácido sulfhídrico. Los efluentes provienen de la purgación de la planta de ácido, enfriamiento por contacto y granulación de la escoria. Los efluentes de la planta de refinación contienen residuos del electrolito y de lavado de cátodo, escoria fina y lodo de ánodo.
La producción secundaria de cobre genera efluentes que provienen de la molienda de la escoria, del control de la contaminación atmosférica producida por la fundición, del electrolito y de la granulación de la escoria. Los desechos sólidos provienen, principalmente, de los lavadores de aire, ciclones, precipitadores, escoria de los hornos, y en la producción secundaria de cobre, de la chatarra o desechos producidos durante el pretratamiento.
Los contaminantes atmosféricos que emite el procesamiento de plomo son: partículas, dióxido de azufre, arsénico, antimonio, y cadmio procedentes de la planta de calcinación. Hay que recuperar, en la planta de ácido sulfhídrico, la corriente muy concentrada de dióxido de azufre que sale del horno alto. Las partículas que tengan una elevada concentración de plomo deben ser removidas en los filtros o lavadores.
Los efluentes, que pueden contener metales tóxicos, provienen de los lavadores de la planta de calcinación, purgación de la planta de ácido, y otros lavadores que existen en la planta. Otra fuente de efluentes es la granulación de la escoria. Estos contienen plomo, cinc, cobre y cadmio. Los desechos sólidos vienen de los ciclones, filtros, etc., y, en general, pueden ser reutilizados en la planta.
Las plantas secundarias de plomo producen efluentes que contienen ácido proveniente de los lavadores de baterías rotos, y los baños del sistema de control de la contaminación atmosférica. El ácido de batería contiene los siguientes contaminantes: plomo, antimonio, cadmio, arsénico y cinc; no debe ser mezclado con los otros desechos, ni descargado.
Las emisiones del proceso piro metalúrgico de zinc contienen dióxido de azufre, arsénico, plomo y cadmio. Se recupera el dióxido de azufre mediante la producción de ácido sulfúrico. Un componente importante de los gases del horno de reducción es monóxido de carbono. Los vapores de zinc no condensados se lavan y se devuelven al proceso de refinación. El proceso electrometalúrgico de cinc produce las mismas emisiones atmosféricas, con la adición ocasional de mercurio (que se elimina con un lavador). Los efluentes de los lavadores, purgación de la planta de ácido, y unidades de lixiviación, pueden contener los mismos elementos que las emisiones atmosféricas.
Los desechos sólidos contienen cantidades importantes de otros metales, y, normalmente, se venden a otros procesadores. El cadmio, sin embargo, es una excepción; se efectúa su recuperación casi siempre en el sitio donde se producen los materiales usados en el cine.
Emisiones atmosféricas
La producción de aluminio de alúmina, mediante electrólisis, causa emisiones atmosféricas de flúor; éstas contienen gases que pueden ser muy perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana. Estas emisiones requieren monitoreo cuidadoso. Normalmente, se lavan en seco con polvo de alúmina, y esto elimina la mayor parte del fluoro. El resto tiene que ser removido con un lavado húmedo y alcalino.
Puede haber substanciales emisiones de partículas durante la producción de ferro cromo y ferro manganeso. Sin embargo, pueden ser reducidas al mínimo, durante la fase de diseño, dependiendo de la selección del horno (abierto, semiabierto, o cerrado) y mediante la instalación de un equipo de formación de pelotillas, que devuelve el polvo al proceso.
En la mayoría de las plantas se recupera el gas de dióxido de azufre producido durante la calcinación de los minerales azufrados; éste se limpia y se utiliza como materia prima para la producción de ácido sulfúrico. El proceso empleado para limpiarlo produce efluentes con arsénico, selenio y sales metálicos tóxicos, que no pueden ser vertidos a los ríos, sino que requieren tratamiento para eliminar estos elementos.
Efluentes
En general, los efluentes no deben causar problemas especiales si se manejan y se monitorean adecuadamente. Hay que permitir que las partículas se asienten y luego eliminarlas, y, tanto como sea posible, se debe recircular el agua por el proceso, luego de tratarla, si es necesario. No se debe permitir que se descargue agua cuya concentración de iones metálicos (sales) de los procesos de cobre, cromo, manganeso, níquel, cinc y plomo, sea mayor que lo indicado, por ejemplo en el Environmental Guidelines del Banco Mundial, u otras normativas equivalentes.
El ácido gastado que se haya utilizado para lixiviación u otro tratamiento no ha de ser vertido a ninguna extensión de agua natural, sino que debe ser neutralizado o reprocesado. Si se lo neutraliza, puede ser descargado únicamente si la concentración de metales v otros componentes nocivos es inferior a los límites oficiales permitidos.
Desechos sólidos
En la producción de aluminio se produce una gran cantidad de lodo rojo que tiene que ser eliminado. Este material no puede ser descargado en los ríos, sino que tienen que ser almacenado en tierra de tal manera que el escurrimiento o el lixiviado no puedan contaminar los ríos o agua freática. En general, el método más recomendado y el que se emplea con más frecuencia en los proyectos, consiste en represar el material dentro de una área forrada y con diques. El agua de las piscinas de asentamiento y las áreas represadas puede ser devuelta al proceso luego de tratamiento. Eventualmente, es deseable implementar estabilización y reforestación alrededor de estos depósitos.
Los desechos sólidos provenientes de la producción de la mayoría de los otros metales no ferrosos contienen materiales reutilizables, y se debe considerar reciclaje, al diseñar las medidas que se emplearán para eliminarlos. Si no se venden para reprocesamiento, los lodos deberán almacenarse bajo condiciones controladas, para impedir que se filtren los líquidos lixiviados hacia las aguas freáticas, o que se produzca escurrimiento hace los recursos hídricos superficiales. Constituye un problema serio el lodo de las plantas de plomo, porque puede contener fuertes concentraciones de metales tóxicos.
Reducción de los desechos
Los proyectos deben implementar el reciclaje del agua de proceso. Frecuentemente, se pueden vender los desechos sólidos a otros procesadores para que se recuperen los materiales útiles, o si son inofensivos, pueden ser utilizados para otros propósitos, bajo condiciones estrictamente controladas (como el uso del lodo rojo para rellenos en la orilla del mar).
Sin embargo, si los desechos sólidos van de ser vendidos o transferidos a contratistas, sea para mayor procesamiento, o para rellenos, el proyecto debe especificar condiciones estrictamente controladas.
Seguridad al manejar los metales calientes
En todas las operaciones con metales fundidos, existe el peligro de explosión a causa del contacto con el agua. No se entiende muy bien el mecanismo de esta explosión. Se puede inundar el metal con agua, por ejemplo, al granular el metal, sin peligro; sin embargo, una pequeña cantidad de agua que cae encima del metal fundido puede ser mortal.
Alternativas del proyecto
Existen muchas alternativas para la planificación y ejecución de los proyectos, pero las tecnologías y materias primas disponibles limitan los tipos de fábricas de metales no ferrosos que sean apropiadas para el proyecto.
Selección del sitio
Al seleccionar un sitio donde quedará emplazada una planta industrial algunas medidas importantes que deben analizarse a profundidad. La naturaleza de la producción de los metales no ferrosos es tal, que los impactos sobre la calidad del agua y la tierra, debido a la eliminación de desechos sólidos, merece especial atención durante la evaluación de los sitios alternativos. Las aguas de recepción que sean de inferior calidad o insuficiente caudal y que no pueden aceptar ni los efluentes buen tratados, son inapropiadas.
Si la extracción minera y la producción se realizan en el mismo sitio, o muy cerca la una a la otra, se debe evaluar el impacto total de las dos operaciones sobre el medio ambiente. El resultado puede ser positivo si los sitios antiguos de extracción minera pueden ser utilizados para depositar los desechos sólidos, bajo condiciones estrictamente controladas.
Proceso de fabricación
Los procesos de producción de los metales no ferrosos varían según los metales a producirse, y de acuerdo con las materias primas que se utilicen. No es una consideración frecuente en los proyectos específicos, pero cabe señalar que en general hay que tomar en cuenta todas las posibilidades que existen en el país para reciclar chatarra, antes de desarrollar las instalaciones necesarias para extraer el metal virgen. Esto será beneficioso, desde el punto de vista ambiental, y también puede ahorrar para el país el alto costo de la energía consumida en la producción y extracción minera.
Para la producción de aluminio, es importante asegurarse que los últimos acontecimientos tecnológicos haya sido tomados en cuenta, porque pueden tener un efecto beneficioso para el manejo de los desechos; por ejemplo, el uso de camas fluidizadas para recuperar el calor residual de los hornos de fundición de aluminio.
A menudo, existen dos procesos diferentes para producir de níquel, cobre y zinc de los minerales azufrados: el piro metalúrgico, y el hidro metalúrgico. La selección del proceso depende de muchos factores, incluyendo las propiedades inherentes del mineral y los factores no metalúrgicos, como la ubicación geográfica, disponibilidad de agua y energía eléctrica, y requerimientos del mercado. La ventaja de la hidro metalúrgica es que se presta para los minerales más pobres o complejos. Esto es importante, porque se están agotando las existencias mundiales de los minerales ricos.
A menudo, este proceso sirve para depósitos de mineral reducidos, empleando plantas de procesamiento relativamente pequeñas. Sin embargo, no necesariamente es defendible declarar que el proceso hidro metalúrgico es mejor que el piro metalúrgico, por razones ambientales: la situación no es tan clara y deberá ser evaluada, separadamente, para cada proyecto.
Control de la contaminación atmosférica
Es obligatorio controlar la contaminación atmosférica en los proyectos. Las alternativas que deben ser evaluadas son:
- Diseño del proceso y selección de los equipos, precipitadores electroestáticos, gas de escape (húmedo o seco).
- Precipitadores electrostáticos.
- Lavadores de gas de escape (húmedo o seco).
- Ciclones de alta eficiencia.
- Filtros de bolsa.
- Separación de dióxido de azufre y utilización para producir ácido sulfúrico.
- Separación de monóxido de carbono y utilización para producir calor.
Control de la calidad del agua
Las alternativas para controlar la contaminac1ón del agua son:
- Reutilización de las aguas servidas.
- Evaporación solar
- Precipitación
- Floculación, sedimentación, clarificación y filtración.
- Intercambio iónico, filtración de membrana, osmosis inversa
- Neutralización (control activo del pH).
- Tratamiento biológico, si es necesario
Administración y capacitación
Los impactos negativos potenciales sobre la calidad del aire y el agua de todos los procesos metalúrgicos no ferrosos requieren apoyo institucional para asegurar que se maneje eficientemente el control de la contaminación y la reducción de los desperdicios. Entre el personal de planta debe haber un ingeniero capacitado de monitoreo, y las tecnologías de control de la contaminación del aire y el agua que se emplean, específicamente, en las industrias ferrosas.
A menudo, y a pedido, los fabricantes de los equipos proveerán la capacitación necesaria en cuanto a su operación y mantenimiento. Se deben establecer procedimientos normales de operación y mantenimiento de la planta, para que sean implementados por la gerencia. Estos deben incluir la operación de equipos que controlan la contaminación, requerimientos en cuanto al monitoreo de la calidad del aire y el agua, y directrices con respecto a la notificación de las autoridades competentes y paralización de la planta u otras respuestas en el caso de la falla de los equipos de control de la contaminación.
Se deben establecer e implementar normas de salud y seguridad para la planta. Hay que tomar en cuenta las siguientes:
- Provisiones para prevenir y reaccionar a las fugas casuales de gases y derrames accidentales de ácidos.
- Procedimientos para mantener el nivel de exposición a los gases tóxicos y partículas atmosféricas en un nivel más bajo de los límites establecidos por el país o los reglamentos del Banco Mundial.
- Un programa de exámenes médicos rutinarios
- Capacitación permanente sobre la salud y seguridad en la planta, y buenas prácticas de limpieza ambiental.
- Procedimientos de emergencia que requieren ejercicios regulares, a fin de tener un plan de acción en el caso de un derrame, fuga, explosión o incendio mayor.
Se deben fijar normas para las emisiones y efluentes de la planta, en base a los reglamentos nacionales, si existen; caso contrario, deben establecerse de acuerdo a los lineamientos del Banco Mundial. Las agencias gubernamentales que tienen la responsabilidad de monitorear la operación de los equipos de control de la contaminación, la eliminación de desperdicios, deben disponer de equipos necesarios y capacitación especializada para hacerlo. Estas actividades deben ser financiadas por el proyecto. Puede ser necesario dar capacitación especial. La evaluación ambiental debe incluir una valorización de la capacidad local en este respecto, y recomendar la incorporación, en el proyecto, de la asistencia indicada.
Monitoreo
Son necesarios los planes de monitoreo para la planta y el sitio. En general, sin embargo, las plantas metalúrgicas no ferrosas deben contemplar el monitoreo de los siguientes aspectos:
- Opacidad del gas de la chimenea.
- Emisión de partículas, dióxido de azufre, fluoruro de hidrógeno sulfuro de hidrógeno, cloro, amoniaco, óxidos de nitrógeno, según el caso.
- Parámetros del proceso que comprueban la operación de los equipos de mitigación de la contaminación atmosférica, por ejemplo, la temperatura del gas de la chimenea.
- La calidad del aire del lugar de trabajo, según el tipo de planta. y proceso.
- La calidad del aire ambiental alrededor de las plantas para verificar la presencia de los, contaminantes correspondientes.
- La calidad de las aguas de recepción, aguas abajo, para controlar la presencia de oxigeno disuelto, pH, sólidos suspendidos, cianuro, cloro libre y los metales tóxicos pertinentes.
- Controlar las corrientes de los desechos líquidos de las plantas para el oxígeno disuelto, pH, sólidos totales suspendidos y disueltos, si son pertinentes, y cianuro, sulfuro de hidrógeno, ácido sulfúrico, soda cáustica, iones metálicos tóxicos, radioactividad, pH, Demanda de Oxígeno Bioquímico (DOB5), aceite y grasa.
- Las descargas de agua lluvia, que se permiten, de las plantas y dreas de almacenamiento, para detectar la presencia de los mencionados contaminantes.
- Las áreas de trabajo de todas las plantas, a fin de control los niveles de ruido.
- Las pilas de acopio de desechos, acumulación en las dreas represadas del material de las piscinas y lodo, para detectar la presencia de contaminantes en el escurrimiento, infiltración y líquidos lixiviados.
- Inspección para verificar el cumplimiento de los procedimientos de seguridad y de control de la contaminación.
Véase también
Fuentes
- Artículo: Metales no ferrosos. Disponible en: "www.elprisma.com". Consultado: 10 de febrero de 2012.
- Artículo: Metales no ferrosos. Disponible en: "ar.answers.yahoo.com". Consultado: 10 de febrero de 2012.
- Artículo: Metales no ferrosos. Disponible en: "es.wikibooks.org". Consultado: 12 de febrero de 2012.
