3. Desde hace unos 9.000 años, la Humanidad ha estado
ligada al uso de materiales metálicos. El conocimiento de los
metales ha marcado la historia de la especie humana (Edad
del Cobre, Edad del Bronce y Edad del Hierro).
Un gran hito fue, el descubrimiento de que la fusión y mezcla
de metales cambiaba sus propiedades.
Sin los metales, la Revolución Industrial y el posterior
desarrollo tecnológico no hubieran ocurrido.
Los primeros metales descubiertos: cobre, estaño, plata, oro
y hierro, siguen estando en los avances científicos y
tecnológicos actuales.
Por ejemplo, el superconductor cobre, es el primer elemento
metálico del que se tiene constancia. O el hierro, en el que
se siguen fabricando las impresionantes plataformas
petrolíferas del Mar del Norte, con alturas de hasta 270
metros.
4. Estos materiales siguen de actualidad por la continua
investigación sobre sus propiedades físicas y químicas.
Los avances, han permitido el desarrollo de nuevos
materiales específicamente diseñados para soportar
condiciones extremas de trabajo. Actualmente, la
investigación y las nuevas aplicaciones de los metales, se
dirige a la búsqueda de nuevas aleaciones, las más
importantes son:
•Aceros combinados con Titanio, Vanadio o Niobio, para
mejorar la dureza y la resistencia del metal. Se usan en la
construcción de grandes rascacielos.
•Nuevas aleaciones de aluminio, ligeras pero resistentes
que se emplean en la industria aeronáutica.
5. La investigación científica actual, persigue conseguir unos
materiales que combinen, junto a su viabilidad económica, costes
de producción aceptables.
Se busca obtener:
Elevadas propiedades mecánicas:
-Alto límite elástico.
-Carga de rotura y dureza.
-Resistencia a la fatiga y al desgaste.
-Tolerancia al daño.
Elevada resistencia a la corrosión y a la oxidación a altas
temperaturas.
Procesado susceptible de aplicación industrial.
Fácil disponibilidad de los constituyentes de la aleación.
Hay una gran variedad de aleaciones existentes, por lo que
dentro de los nuevos materiales metálicos, nos centraremos en
tres ejemplos de los llamados materiales metálicos
estructurales.
6. El acero: un nuevo
material
La industria siderúrgica ha estado en primera
línea del avance tecnológico, a lo que ha
ayudado su bajo coste -en comparación con
otros materiales-, su disponibilidad y su gran
variedad en composiciones y propiedades.
Actualmente, hay más de 2.000 tipos de
aceros: un ejemplo de su uso ha sido en la
construcción de la Torre Taipéi 101, en Taipéi
(Taiwán), con 509 m. de altura y 101 plantas.
La Torre Taipéi , a partir de la planta 62, está
construida íntegramente con 5 tipos de aceros,
que conjugan alta resistencia con ductilidad
(capacidad para adquirir pequeñas
deformaciones, por efecto de los terremotos).
Estos tipos de acero, se han obtenido mediante
procesos que permiten controlar resistencia
mecánica, tenacidad y soldabilidad, por
modificación de la microestructura.
7. Las propiedades de los aceros actuales
nada tienen que ver con las de los
producidos años atrás:
-Ya en la década de los 80, la industria del
automóvil se revolucionó con la aparición
de los llamados aceros HSLA, que
redujeron el peso de las carrocerías en
un 35%.
-Además, respecto a los aceros al carbono
convencionales, aumentaban su límite
elástico y mejoraban la resistencia al
impacto y a la torsión.
-Los aceros con un contenido en C del
0,15% incorporaban distintas proporciones
de aleantes como el Ti, V o Nb.
En estos últimos veinte años, estos aceros
han quedado superados por la nueva
generación de aceros avanzados de alta
resistencia.
8. Esta revolución ha dado como fruto la
aparición de nuevas familias de aceros:
-los de fase dual, con más ductilidad y
resistencia.
-los aceros TRIP, con una excelente
ductilidad, permitiendo conformar
piezas de difícil geometría y un
endurecimiento durante el proceso de
deformación. Esto se traduce en que
un impacto sobre el material, lejos de
romperlo, lo endurece, repercutiendo
de manera directa sobre la seguridad
del vehículo.
El siguiente paso son dos nuevas familias
de aceros: los TWIP, con ultra alto
contenido en manganeso (hasta 25%), que
conjugan una muy alta resistencia, con
extrema ductilidad.
Y los aceros superbainíticos libres de
carburos, con excelentes propiedades de
resistencia y tenacidad.
9. Aleaciones de aluminio
El aluminio es el gran competidor del acero para
algunos usos por su baja densidad, muy útil
para el transporte aeroespacial.
Además de su gran resistencia a la corrosión y
sus propiedades mecánicas, superiores incluso
a las de muchos aceros.
Los nuevos materiales metálicos de uso
aeroespacial tienen además un reto añadido: la
tolerancia al daño, es decir, la capacidad de
seguir operando en condiciones de seguridad
cuando se ha producido un daño en la
estructura.
Las nuevas aleaciones de aluminio resisten sin
romperse.
Al igual que los aceros, la familia de las
aleaciones de aluminio es vasta y sus
propiedades físico-químicas dependerán de la
combinación adecuada de sus aleantes (Cu,
Mn, Si, Mg, Zn o Li), lo que las conferirá un uso
específico.
10. Aleaciones de aluminio
Por ejemplo, en el AIRBUS 380, más del 60% de la estructura está hecha
de aleaciones de aluminio.
Junto a estas nuevas aleaciones, aparece el glare, nuevo material
compuesto de aleación de aluminio y vidrio laminados de manera conjunta
formando multicapas, por lo que presenta una alta resistencia al desgaste
y al impacto.
En estos momentos se está trabajando ya sobre la tercera generación de
aleaciones de Al-Li. Estas nuevas aleaciones pueden soldarse, lo que abre
nuevas perspectivas para su empleo en los fuselajes de aviones.
Los materiales desarrollados, tardan años hasta que llegan a las
aeronaves, ya que todas sus propiedades deben superar rigurosos límites
técnicos y de seguridad aérea.
11. Hay una generación de nuevos materiales,
conocidos como superaleaciones:
Las superaleaciones de base níquel suponen
el 35% de toda la producción. Estas aleaciones
se usan en industria aerospacial y en la de
generación de energía.
Poseen características mecánicas
excepcionales a altas temperaturas. Una hoja de
turbina puede estar trabajando durante 35.000
horas a 1.200ºC sin sufrir daños mecánicos, ni
de corrosión, lo que da idea de la resistencia de
este tipo de materiales.
En la actualidad, las turbinas pueden llegar a
trabajar a 1.600ºC, por lo que se han
incorporado elementos del grupo del platino (Ru,
Rh, Ir) que aumentan la resistencia de estos
materiales.
12. Las aleaciones de titanio, en aplicaciones biomédicas, electrónicas,
en la industria química o en usos marinos, por su combinación de
resistencia mecánica a temperaturas elevadas, su resistencia a la
corrosión y su resistencia al desgaste.
La industria aeroespacial ha desarrollado diferentes aleaciones de Ti-
Al-V con adiciones de Cr, Zr y/o Mo, que presentan mejor resistencia a
la fatiga y ductilidad.
Variaciones de estas aleaciones, también han demostrado su
importancia en la industria de la energía: para aplicaciones
geotérmicas y sin que se produzca corrosión.
Igualmente, la excelente biocompatibilidad de las aleaciones de titanio
hace que su uso se extienda en prótesis osteoarticulares.
14. ¿QUÉ ES?
El coltán es un mineral de color gris oscuro o
negro, metálico y opaco.
Su nombre corresponde a la contracción del
nombre de otros dos minerales muy raros de
los que está compuesto:
-Columbita (COL)→ óxido de niobio con
hierro y manganeso (Fe, Mn)Nb2O6
-Tantalita (TAN)→ óxido de tantalio con
hierro y manganeso (Fe, Mn)Ta2O6
Ambos minerales se combinan en
proporciones no definidas,
formando el coltán.
15. El coltán se descubrió en 1802 por el sueco A.G.Ekeberg, cuando estudiaba una
muestra mineral de Finlandia, concretamente de tantalita. El coltán es relativamente
escaso en la naturaleza.
El interés de su explotación se basa fundamentalmente en extraer el tantalio. El valor
del coltán depende del porcentaje de tantalita y del porcentaje de óxido de tantalio
contenido en la tantalita.
El valor del coltán es muy alto, por lo que hay que controlar su producción.
Es un negocio rentable para gobiernos, distribuidores y fabricantes.
El coltán es utilizado en casi la totalidad de los dispositivos electrónicos. Es un claro
ejemplo de material que, debido a sus aplicaciones, ha pasado de ser considerado una
simple curiosidad mineral, a un compuesto de gran valor estratégico para el avance
tecnológico.
16. PROPIEDADES DEL COLTÁN
El coltán se caracteriza por:
Su superconductividad, por su capacidad para conducir la
corriente eléctrica con muy baja resistencia.
Es ultrarrefractario, capaz de soportar temperaturas muy
elevadas.
Su capacidad de almacenar carga eléctrica temporal y
liberarla cuando se necesita. Por ejemplo, permite que las
baterías de los teléfonos móviles mantengan por más tiempo
su carga y optimizan el consumo de corriente eléctrica.
Su alta resistencia a la corrosión y a la alteración en general,
lo cual le hace idóneo para usos en el espacio, fuera de la
Tierra.
17. El tantalio (Ta):
• Tiene una alta eficacia volumétrica, que permite
reducir el tamaño de los equipos electrónicos.
• Tiene una alta fiabilidad y estabilidad en un
amplio rango de temperaturas: (-55ºC a 125ºC).
• Es un metal tan resistente como el vidrio.
• Es extremadamente dúctil y maleable: puede ser
doblado, enrollado, soldado…por lo que se usa
en aleaciones, con el objeto de obtener
materiales resistentes a muy altas
temperaturas.
• Su densidad lo hace muy útil para fines militares
porque permite penetrar los blindajes. Entra
también en la composición de piezas
electrónicas y de equipamiento de la industria
química, tecnología de los misiles, reactores
nucleares y cirugía.
18. El niobio (Nb):
• Tiene gran superconductividad, lo que permite crear
electroimanes muy potentes usados en aparatos de
resonancia magnética y en aceleradores de partículas.
19. APLICACIONES
Es imprescindible en sectores
como la microelectrónica, las
telecomunicaciones y la industria
aeroespacial, para la fabricación
de componentes electrónicos
avanzados.
El coltán se usa, principalmente, en
la fabricación de condensadores.
Se utiliza en industrias de
aparatos eléctricos, GPS,
televisores de plasma,
videoconsolas, portátiles, PDAs,
MP3, MP4, juguetes electrónicos,
cámaras de fotos, fibra óptica,
satélites artificiales, cohetes, armas
teledirigidas y misiles, centrales
atómicas…. aunque la mayor parte
de la producción se destina a la
elaboración de condensadores y
otras partes de los teléfonos
móviles.
20. ¿DÓNDE ESTAN SUS RESERVAS?
El 80% de las reservas mundiales de coltán se encuentra en África,
concretamente al este de la República Democrática del Congo.
El 10% en Australia.
El 5% en Brasil.
El 5% restante en Tailandia.
Aunque sus reservas base son prácticamente desconocidas , los mayores
productores de coltán son: Australia, Brasil, Canadá, el Congo, Burundi,
Etiopía y Ruanda.
Ruanda es uno de los mayores productores, pese a no tener reservas de
coltán.
Rusia también es rico en coltán, aunque sus depósitos aún no han sido
explotados.
España es deficitaria en niobio y tantalio, aunque no existen estudios
detallados y los trabajos de exploración minera realizados hasta ahora, son
escasos y poco conocidos.
Las grandes multinacionales pujan para hacerse con el monopolio de la
producción de coltán: empresas americanas, belgas y chinas están
intentando comprar las minas. Para conseguirlo, suministran armas a los
señores de la guerra.
21.
22. ¿CÓMO SE EXTRAE?
El coltán se extrae con procesos
primitivos, en minas
a cielo abierto.
Los trabajadores excavan
de forma artesanal
grandes agujeros en hileras,
para sacarlo del subsuelo.
Echan agua y el lodo
formado se vierte en grandes
tubos de lavado,
logrando que el metal,
debido a su peso,
se deposite en el fondo.
Un buen trabajador puede
producir un kilo de coltán diario.
Se trabaja en régimen de
semiesclavitud y muchos
trabajadores son niños.
25. Su explotación en África está ligada a muchos
conflictos bélicos para conseguir el control
de este material,
además de las condiciones de explotación
en régimen de semiesclavitud,
desastres medioambientales con
gravísimas repercusiones en la fauna local
de especies protegidas (gorilas, elefantes)
e incluso, graves problemas de salud
asociados a los arcaicos e infrahumanos
métodos de explotación.
Realmente, el coltán, la “escoria negruzca”,
el recurso estratégico de las nuevas tecnologías,
sale muy caro.
26. PROBLEMAS BÉLICOS
En el Congo, el coltán es motivo de conflictos geopolíticos porque los beneficios
de su explotación hacen que se entremezclen: los intereses del Estado con los
de los países fronterizos, las guerrillas que operan en la región,
las multinacionales occidentales y los contrabandistas.
Numerosas guerras fronterizas, pasan inadvertidas en Europa.
Se han llegado a contabilizar más de sesenta simultáneas,
mientras algunas organizaciones pacifistas de países desarrollados,
ni siquiera parecían enterarse.
Incluso se ha hecho creer que son guerras tribales,
aunque sean guerras para apoderarse de las reservas de tantalio.
Estos conflictos se han cobrado la vida de 4 millones de personas desde 1997.
Gran parte de los ingresos por venta de coltán, han servido para comprar armas
para los ejércitos y milicias, han ayudado a financiar varios bandos de conflictos
armados -como el caso de la Segunda Guerra del Congo-,
conflictos con millones de muertos
al igual que algunas guerrillas colombianas, donde existe el mismo problema.
El tráfico de coltán trae efectos colaterales desastrosos
para la geopolítica y para la estabilidad regional.
27.
28. Algunos países fronterizos con el Congo
que no tienen coltán, hacen figurar este
mineral en sus cuentas de beneficios anuales.
Se trata de un coltán "apropiado”.
Las invasiones de las guerrillas
financiadas por las mafias,
explican estas posesiones de coltán.
Hay un gran negocio de contrabando de coltán
que implica a Ruanda, Uganda y Burundi.
Ruanda y Uganda están exportando
a Occidente coltán robado del Congo,
principalmente a los Estados Unidos,
donde se utiliza para la fabricación
de condensadores electrolíticos de tantalio.
Las mayores empresas fabricantes
de estos condensadores, han hecho
un llamamiento a sus proveedores de coltán,
para que certifiquen la procedencia de los
minerales y evitar que provengan
del Congo, con el objeto de acabar con el
contrabando ilegal de las regiones de
Centroáfrica y evitar seguir financiando las
guerrillas.
29. PROBLEMAS HUMANOS
Los conflictos bélicos suelen
provocar grandes
desplazamientos de población,
con consecuencias gravísimas:
hambrunas, enfermedades y
violencia.
Los refugiados, sin hogar ni
tierras, son consecuencia de
estos grandes desplazamientos
de población.
La acción constante de las
guerrillas sobre la población
indefensa, es habitual
y poco o nada pueden hacer las
fuerzas de paz internacionales.
30. Pero el principal problema es
la explotación laboral de los trabajadores
para la extracción de coltán:
Mientras mafias internacionales y contrabandistas se enriquecen,
más de 10.000 mineros congoleños trabajan
en condiciones de verdadera esclavitud,
vigilados por fuerzas paramilitares,
recolectando en condiciones infrahumanas la arcilla rica en coltán.
Un trabajador congoleño cualquiera cobra unos 10$ mensuales.
Un trabajador que extrae coltán, entre 10$ y 50$ semanales,
pudiendo llegar a sacar un kilo diario (por lo que no es rentable
trabajar en agricultura y ganadería),
mientras que el kilo de coltán cotiza en el mercado internacional
entre 400 - 500 dólares por kilo.
Además, miles de niños trabajan en las minas,
abandonando la escuela y los estudios. Los niños,
son mano de obra muy barata.
Además, son más ágiles y tienen menor tamaño que los adultos
para el acceso a los hoyos.
31.
32. PROBLEMAS DE SALUD
Un problema adicional, que podría
tener consecuencias graves, está
directamente relacionado con las
asociaciones de minerales típicas
de estos yacimientos.
Elementos como el uranio,
el torio y el radio (entre otros),
pueden aparecer formando fases
minerales asociadas al coltán,
o estar incluso presentes
en la propia estructura cristalina
de la columbita y tantalita.
Ante estos elementos
radioactivos, los trabajadores se
encuentran expuestos sin ninguna
protección: ya se han evidenciado
dosis de radiación en los
trabajadores congoleños que se
dedican de forma artesanal a la
extracción de coltán, de hasta 18
mSv por año.
33. PROBLEMAS AMBIENTALES
La extracción de coltán tiene consecuencias medioambientales notables,
como la destrucción de valiosos ecosistemas, pues los principales yacimientos
coinciden con los hábitats de los gorilas, en peligro de extinción.
El santuario de los gorilas de montaña de los volcanes Virunga, se encuentra
en tierras fronterizas afectadas plenamente por la “guerra del coltán”, y suele
ser invadido periódicamente por las guerrillas, que avanzan o retroceden en
función de las contiendas.
Los científicos se ven obligados a escapar a toda prisa y cuando pueden
volver, suelen encontrar diezmadas a las familias de gorilas, que estaban
estudiando.
Se sabe que la población de gorilas de montaña se ha reducido en un 90% en
las zonas afectadas por la actuación de las guerrillas. La de elefantes, en un
80%. Una verdadera destrucción masiva que acabará a corto plazo con la
gran fauna centroafricana.
34. Otros problemas ambientales son:
Invasión de tierras vírgenes, provocando grandes daños
para la fauna salvaje.
Contaminación de los ríos y de los grandes lagos.
Tala de bosques para extraer el coltán.
Destrucción del entorno, con la pérdida de la posibilidad
del desarrollo de estos países por la vía del turismo.
Abandono de las tierras de cultivo y de los animales
domésticos, con desastrosas consecuencias ecológicas
y económicas, como la falta de abastecimiento de
productos básicos, en algunas zonas.
38. Metales ferrosos
• Los materiales férricos son
aquellos que en su
composición tienen
principalmente hierro,
como el acero ( mezcla de
hierro con un poco de
carbono ) o el hierro puro.
• La gran ventaja de este
material es su precio
relativamente bajo y la
capacidad de unirse con
otros elementos para
mejorar sustancialmente
sus propiedades.
39. • Según el porcentaje:
– Hierro Dulce, con carbono
<0.1%. Se oxida muy
fácilmente, en cuestión de
horas se forma una capa
marrón que va
destruyendo el material. Es
un material blando y
magnético, por ello se
suele emplear en piezas de
electroimanes.
40. – Aceros donde 0,1% < C < 2%.
Tenemos un material donde
el carbono es menor al 2%.
También se oxidan, son mas
duros al tener mas carbono,
tenaces, dúctiles y
maleables. Se pueden soldar
sin problemas y su uso va
desde los vehículos de todo
tipo, herramientas de corte
como la broca y hojas, etc. Si
le añadimos un 12% de
cromo tenemos el acero
inoxidable
41. – Fundiciones, cuando el
carbono es mayor del 2% y
menor del 5%. A mayor
carbono, mayor dureza, pero
la ductilidad y tenacidad
empeoran. Funden a
temperaturas menores y son
apropiados para fabricar
piezas complicadas ( se
adaptan muy bien al molde ).
Su uso va desde los motores
a las rejillas de alcantarillas.
42. • Como se obtiene los
materiales:
– Alto horno: El alto horno
tiene, normalmente, una
altura de unos 30 metros y
para evitar la pérdida de calor,
las paredes suelen estar
hechas con ladrillos
refractarios con aislantes
especiales.
43. – La mezcla de las 3
sustancias es introducida
por la parte superior
donde también se
encuentra unos
respiraderos para la
salida de los gases de la
combustión. Además
tenemos la entrada del
aire ( necesario para que
se produzca la
combustión del coque ) y
salidas para la escoria y
el arrabio.
44. – El esquema es
1. Se añade alternativamente
capas de carbón, piedra
caliza y mineral de hierro (
punto A).
2. En el punto B y por medio de
unos fuelles, se fuerza la
entrada de aire para que
haya una buena combustión
de la mezcla
3. Parte del carbón quemado
pasa al hierro y otro se
combina con el oxígeno para
formar gases
4. La parte que nos interesa y
que contiene el material de
hierro desciende a la parte
mas baja del horno (C) de
donde obtenemos el arrabio
5. Las sustancias de desecho (
escoria ) flotan sobre el
hierro fundido y son
evacuadas por el D.
45. – Horno afino:
• sirve para quitar las impurezas
del arabio, Para ello se usa un
horno convertidor.
• Es muy sencillo. Con el arrabio
cargado en una gran cubeta, se
introduce una lanza por la que
entramos el oxígeno.
• El oxígeno en contacto con el
carbono que sobra produce una
reacción por la que aporta mas
calor y se produce CO2.Se suele
añadir chatarra a la mezcla para
reutilizar el material de nuevo.
• El tiempo que este la lanza
dentro del
convertidor, determinará cuanto
carbono quedará en la cubeta y
de esa manera obtenemos el
hierro o la fundición ” a la carta
46. • En la actualidad se utiliza para sacar
acero de la chatarra es el horno
eléctrico . Su funcionamiento:
1. Se quita la tapadera y se introduce
la chatarra y el fundente.
2. Se cierra el horno y se acercan los
electrodos a la chatarra, para que
salte el arco eléctrico y comience a
fundir chatarra.
3. Cuando la chatarra está fundida, se
inyecta oxígeno para eliminar los
elementos indeseables del baño,
como silicio, magnesio, fósforo.
4. Se inclina el horno y se extrae la
escoria. A continuación se le añade
el carbono y ferroaleaciones y
se sigue calentando hasta que las
adiciones se disuelvan y
se uniformice la composición del
baño.
5. Se inclina el horno y se vierte el
acero en la cuchara, que lo llevará
al área de moldeo.
47. Materiales no ferrosos
• Estos metales, a pesar de
presentar características
específicas, presentan una
serie de propiedades físicas
generales que los identifican:
– Estado sólido a temperatura
normal, excepto el mercurio
que es líquido
– Opacidad, excepto en capas de
muy pequeño espesor.
– Buenos conductores eléctricos
y térmicos
– Brillantes, una vez pulidos
– Estructura cristalina en estado
sólido
48. • Tipos de materiales :
– Cobre:
Debido a su gran
conductividad térmica y
eléctrica, su uso queda casi
exclusivamente para estos
cometidos ( cables, tubos
de calderas .. ) ya que no
es un material barato. Se
suelda con facilidad , es
muy dúctil y maleable y
cuando se oxida, forma
una capa verdosa que le
protege .
49. – Aluminio:
También es un excelente
conductor de la electricidad y
del calor. Es muy blando con
baja densidad. Como en el
caso del cobre ( aunque mejor
aún), al oxidarse forma una
fina capa de óxido de aluminio
que le hace enormemente
resistente a la oxidación.
Se usa mucho en la industria
de la alimentación debido a su
nula toxicidad, así como en
marcos de ventanas y
aplicaciones del estilo, ya que
son resistentes a la humedad,
radiaciones solares, etc.
50. – Estaño:
Muy blando e
inoxidable. Se emplea
fundamentalmente en
la soldadura de cobre (
cables eléctricos y
tubos de calefacción )
debido a a su bajo
punto de fusión.
Otro uso es el
recubrimiento de
láminas de acero para
fabricar la hojalata
51. – Cinc:
Se suele emplear junto con
otros metales. Muy resistente
a la corrosión, se emplea
mucho en el proceso de
galvanizado por el cual se
añade este elemento a la
capa externa del metal (
generalmente un acero ) para
crear un material muy
resistente en la intemperie.
Los quita-miedos de las
carreteras son otro ejemplo
entre otros
52. – Aleaciones:
• Latón . Con una base de
cobre, se le añade entre
el 5 y 40 % de cinc. En
este caso mejoramos al
doble la resistencia a la
tracción de sus
componentes base. Se
suele emplear como
herrajes, material de
fontanería y accesorios
en general.
53. • Bronce. Empleamos de nuevo
una base de cobre a la que
añadimos un 10 % de estaño.
El resultado es un material mas
resistente a la tracción que los
latones, resiste a la corrosión y
cuando está fundido es muy
fluido, por lo que es apropiado
para hacer figuras usando
moldes. Sus aplicaciones van
desde cojinetes o engranajes
hasta estatuas